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1、CAD 学习指南 一 填空题 1 CAD 系统的基本构成包括 产品造型系统 设计支持工具集 产品数据管 理系统 三部分 2 计算机图形的生成方法包括 轮廓线法 参数法 图元素拼凑法 尺寸驱动 法 三维实体投影法 3 直线段的裁减方法主要有 编码裁减法 矢量裁减法 中点分割法 4 三维实体模型的计算机内部表示法有 构造实体几何法 边界表示法 扫描 表示法 空间分割法 5 产品设计过程的典型步骤有 产品设计规划 方案设计 技术设计 施工设 计 6 CAPP 系统中的工艺决策通常是由加工方法决策和加工顺序决策两部分构成 7 产生式系统当中的规则推理方式包括 正向推理 反向推理 双向推理三种 8 狭义
2、 CAM 的内涵包括 刀具路径规划 刀位文件生成 刀具轨迹仿真 NC 代码生成等 9 制造装备的数字化控制的实现经历了 专用数控系统 计算机数控系统 开 放式数控系统等多个发展阶段 10 CAD CAM 系统集成层次分为 数据集成 过程集成 企业集成 11 CAD CAM 技术的发展趋势有 集成化 网络化 智能化 标准化 等 12 CAD 系统的组成层次包括 产品造型系统 设计支持工具集 产品数 据管理系统 13 计算机图形的生成方法包括 轮廓线法 参数化法 图元素拼凑法 尺 寸驱动法 三维实体投影法 14 CAPP 系统中零件信息的描述方法包括 分类法 型面要素描述法 图 论描述法 面向零件
3、特征要素法 知识表示描述法等 15 数控程序的编制方法包括 手工编程 自动编程两种 16 数据库系统常用的数据模型包括层次型 网络型 关系型 17 零件的分类成组方法包括 视检法 生产流程分析法 聚类分析法 18 质量数据的采集方式包括 全自动检测 计算机辅助检测 人工检 测与录入三种 19 产品的现代设计方法主要包括 设计方法学 优化设计 可靠性设计 反 求工程 等 20 产品的三维几何建模技术主要包括 线框建模 表面建模 实体建模 21 CAD CAM 软件系统分为 系统软件 支撑软件 应用软件 三个层次 22 产品特征建模包含 交互式特征定义 自动特征识别 基于特征的设计 三种方法 23
4、 CAD CAM 系统中应用的典型数据结构包括 集合 线性结构 树状结 构 图状结构 24 二叉树的遍历方法包括 先序遍历 中序遍历 后序遍历三种 25 成组工艺过程设计方法主要包括 复合零件法 复合工艺路线法两种 26 零件的分类通常根据零件的特征 特征通常包括 结构特征 工艺特征 生产组织与计划特征三种类型 27 产品数据集成与交换方式包括 专用数据格式的交换 中性文件的交换 统一的产品数据模型的集成 基于 PDM 的系统集成 28 典型的三维实体模型表达方法有 构造实体几何法 CSG法 边界表 示法 B rep 法 扫描表示法 空间分割法 29 CAPP 系统中 典型的零件信息描述与输入
5、方法包括 分类法 型面要 素描述法 图论描述法 面向零件特征要素法等 30 工艺设计的决策方式主要包括 计算决策 逻辑决策 智能决策三种 31 质量管理发展的三个阶段包括 质量检验阶段 统计质量控制阶段 全面质量管理阶段 二 判断题 正确打 错误打 X 1 计算机辅助图形的处理是指对点阵图形的处理 2 构成图形的最基本要素为点 线和面 3 在正等轴测投影变换中 其轴间角均为120 度 4 在图形输出中 窗口对应于设备坐标系 而视区则对应用户坐标系 5 实体建模是指对基本体素执行交 并 差而得到复杂图形的建模技术 6 CAPP 是作为 CAD 和 CAM 的桥梁而存在 7 变异式 CAPP 系统
6、的核心是利用成组技术构建出主样件 依据主样件而生成 典型工艺 8 参数化设计支持几何约束和工程约束 而变量化设计仅支持几何约束 9 Brep 法表达了物体生成的过程信息 CSG 法仅描述物体生成的结果信息 10 CAD CAM 系统的企业集成指企业内部的集成 11 计算机辅助图形的处理是指对矢量图形的处理 12 参数化设计支持几何约束与复杂的工程约束 13 线框建模是指采用顶点和邻边来表达形体的建模技术 14 Optiz 零件分类编码系统是一个十进制15 位的混合结构分类编码系统 15 创成型 CAPP 系统的工艺决策主要采用决策树和决策表方法实现 16 车间制造任务调度问题的实际是解决工件的
7、工序面向车间制造资源的分配 问题 17 柔性制造单元是面向大批量零件的加工而提出的一种单元 18 在质量数据的预处理中 系统误差可以减小 随机误差可以消除 19 零件的几何信息是指零件的毛坯特征 零件的材料 表面形状 尺寸及公 差等信息 20 产品协同设计是 CSCW 理论在产品设计中应用的直接体现 21 产品特征由形状特征 工程语义信息构成 22 CAD CAPP CAM 集成包括数据集成 过程集成与企业集成三个层次 23 数据结构中 栈又称为先进先出线表 队列又称为后进先出表 24 数据库的数据模型主要包括层次型 结构型与主从型 25 计算机图形处理中 点阵图形称为图形 矢量图形称为图像
8、26 图形消隐技术的目标是解决三维图形显示的二义性问题 27 当前产品的主要建模方法包括几何建模与特征建模两种 28 智能型 CAPP 系统的核心是知识 推理 29 车间层面上的物流问题主要解决工件原材料 半成品与成品在不同车间的 不同设备之间的流转问题 30 质量数据的检测方法包括接触式测量法和非接触式测量法两种 三 计算题 1 已知一单位立方体如下图 将该立方体绕OA 轴逆时针旋转 角 求其变 换矩阵 O A x y z 答 参照第 9 讲中三维最合变换中的案例 1 OA 轴绕 X 轴旋转 角 使之与 XOZ 平面共面 其变换矩阵为 1000 0 2 2 2 2 0 0 2 2 2 2 0
9、 0001 1000 0cossin0 0sincos0 0001 1x T 2 OA 轴绕 Y 轴旋转 角 使之与 Z 轴重合 其变换矩阵为 1000 0 3 3 0 3 6 0010 0 3 6 0 3 3 1000 0 cos 0 sin 0010 0 sin 0 cos 2 y T 3 立方体绕 OA 轴 Z 轴 逆时针旋转 角 其变换矩阵为 1000 0100 00cossin 00sincos 3zOA T 4 对第 2 步作逆变换 其变换矩阵为 1000 0 3 3 0 3 6 0010 0 3 6 0 3 3 1000 0cos0sin 0010 0sin0cos 4 y T
10、5 对第 1 步作逆变换 其变换矩阵为 1000 0 2 2 2 2 0 0 2 2 2 2 0 0001 1000 0 cos sin 0 0 sin cos 0 0001 5x T 得出最终变换矩阵如下 xyzOAyxA TTTTTT 54 321 四 问答题 1 试论述 CAD 系统中常用的三维几何建模方法 并比较其优缺点 20 分 答 1 线框建模 线框模型是 CAD CAM 系统发展中应用最早的三维建模方法 采用顶点和 邻边来表达形体 它的基本几何元素包括 点 直线 圆弧和某些二次曲线 优点 根据三维数据 可产生任意视图 为生成多视图工程图提供方便 构造模型时操作简单 在CPU 时间
11、及存储方面开销低 用户无需培训 使用该系统是人工绘图的自然延伸 缺点 在数据结构中缺少边与面 面与体之间的关系 拓扑信息 不能构成 实体 无法识别面与体 不能区别体内和体外 不能消除隐藏线 剖切及进行面的求交 无法生成数控加工刀具轨迹 不能自动划分有限元网格 不能检查物体间碰撞和干涉等 所有的棱线都得到显示 物体的真实形状需通过人脑的解释才能理解 极易产生二义性 2 表面 曲面 建模 是通过对物体的各种表面或曲面进行描述的一种三维建模方法 其在线框 模型的基础上定义了形体的表面信息 采用面的集合来定义形体 优点 能处理较复杂曲面的设计与加工 如模具 汽车 飞机等 能消隐 着色 表面积计算 生成
12、数控刀具轨迹 划分表面有限元网 格等 缺点 由于缺乏面 体间的拓扑关系的描述 因此不能区分面的哪一侧在物 体的体内或体外 所以该模型并不能很好的支持装配 碰撞检查 以 及实体有限元分析等运算 3 实体建模 是利用基本体素 如长方体 圆柱体 锥体 圆环体以及扫描体等通过集 合运算 布尔运算 生成复杂形体的一种建模方法 其特点是 实体模型的数 据结构由物体的全部几何信息与全部点 线 面 体的拓扑信息组成 由于计 算机内存储了物体完整的几何与拓扑信息 它通过确定面的法线方向来区分面 在体内或体外的那一侧 优点 能完整地描述物体的几何形状 数据结构简单 可表示高层次的特征 信息与拓扑信息 适合构造复杂
13、的物体 能进行物体特性的计算 如面积 体积 重心 惯性矩 能支持有限 元网格的自动划分 干涉检查 动画模拟等 缺点 缺乏加工信息 如材料 加工特征信息 公差 表面粗糙度等 2 在计算机辅助质量控制中 试列举出5 种在统计过程质量控制中常用的统计 分析方法并简要阐述其含义 答 1 检查表 又称调查表 核对表 其基本原理是利用统计图表来记录原始 质量数据 提供现场第一手资料 初步分析 2 排列图 又称为主次因素排列图 帕累托图 基本原理是极其重要的少 数和无关紧要的多数 作用是找出影响产品质量的主要因素 3 因果图 又称为特性因素图 鱼刺图 树枝图 石川图 其基本原理是 4M 因素 环境 人 机
14、料 法 环 作用是全面反映影响产品质量 的各种因素 找出真正原因 对症下药 4 直方图 又叫质量分布图 适用于对大量计量值数据进行整理加工 找 出其统计规律 其工作原理是 数值分组 计算频数 作用是画出质量 特性的分布规律 判断整个生产过程是否正常 稳定 其图形是直角坐 标系中若干顺序排列的矩形 各矩形底边相等 为数据区间 矩形的高 为落入各相应区间的频数 控制图 又称为管理图 对生产过程或服务过程质量进行测定 记录并执行控 制管理的一种图形方法 休哈特控制图由美国的休哈特博士 W D Shewart 于 1924年首创 其工作原理 以时间 或子样号 为横坐标 以质量特性为纵坐 标 画出上下公
15、差界限 上下控制界限和中心线 在过程进行中 按规定的时 间间隔抽取子样 测量其质量特性 并逐个描绘在坐标图上 其作用是 判别 过程是否处于稳定状态 发现和消除失控现象 3 请解释产品设计的主要流程及各流程节点的主要工作内容 答 产品设计过程一般分为四个阶段 产品设计规划 方案设计 技术设计 施工设计 1 产品设计规划 根据上级指示或市场需求 结合本企业的实际情况 经过 调研与分析 制定出合理的产品设计任务书与产品性能要求 主要包括 调研 与预测 可行性分析 规划总体设计任务与设计要求三大环节 2 方案设计 根据产品的需求分析 实现系统总功能的逐层分解 确定系统 的功能原理解 以及功能到系统结构的映射 并对系统方案进行初步评价与优 化 以获得最终的系统原理方案 3 技术设计 基于原理方案 通过计算 类比 确定系统及部件的总体结构 及主要尺寸 并绘制结构图与编写说明书 4 施工设计 以技术设计的总体结构图为依据 进行零件 部件的详细设计 以获得设计的全部图纸与技术文件
