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1、. . . . . 第一章概述 1简述产品设计制造的一般过程。 答： CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、 方案优化、计算分析、工艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和工程方法，输入 的是产品设计要求，输出的是零件的制造加工信息。 2简述 CAD/CAM 技术的概念、狭义和广义CAD/CAM 技术的区别与联系。 答： CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与工程、计 算机几何、机械设计、机械加工工艺、人机工程、控制理论、电子技术等学科知识，以工程 应用为对象，实现包括二维绘图设计、三维几何造型设计、工程计算
2、分析与优化设计、数控 加工编程、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。 区别：广义的CAD/CAM 技术，是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程，及 与之直接和间接相关的活动；狭义的 CAD/CAM 技术，是指利用CAD/CAM 系统进行产品的造型、 计算分析和数控程序的编制 联系：广义的CAD/CAM 技术包容狭义的CAD/CAM 技术 3传统的设计制造过程与应用CAD/CAM 技术进行设计制造的过程有何区别与联系？ 答：区别： 传统的设计与制造方式是以技术人员为中心展开的，产品及其零件在加工过程中 所处的状态，设计、工艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由人工进行检测并反馈，
3、 所有的信息均交汇到技术和管理人员处，由技术人员进行对象的相关处理。 以 CAD/CAM 技术为核心的先进制造技术，将以人员为中心的运作模式改变为以计算机为中心 的运作模式，利用计算机存贮量大、运行速度快、可无限期利用已有信息等优势，将各个设 计制造阶段及过程的信息汇集在一起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展， 与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术人员通过计算机这一媒介实现整个过程 的有序化和并行化。 联系：制造过程的各个环节基本相同。 4简述我国CAD/CAM 技术发展的过程与特点。 答：我国 CAD/CAM 技术的研究与开发大致经历了三个阶段。 1）引进、跟踪、研发阶
4、段 CAD/CAM 技术与产品起源于国外，我国CAD/CAM 技术方面的研 究是从 20 世纪 70 年代中期开始的， 当时在一些高等院校中主要围绕二维图形软件进行开发， 并在航空领域和造船工业首先应用。20 世纪 80 年代初，开始成套引进国外CAD/CAM 系统， 在此基础上进行开发 2）自主开发和快速成长阶段。 90 年代后，随着“863/CIMS”计划的推进，北航、清华、华中理工等一批高校和科研院所相 继推出了研究成果，并在政府的大力扶持下展开了科研成果向产品、商品的积极转化。 3）产业化、系统化发展阶段 以制造业信息化为龙头的信息化带动工业化工程已经全面铺开，企业到了必须而且已经具备
5、 条件在国产CAD/CAM 软件平台上规划和构建符合企业特点的计算机辅助设计/ 制造 / 管理系统 的时候， 国的软件业也瞄准了这一巨大的潜在市场，这将进一步刺激CAD/CAM 系统的产业化、 系统化、集成化发展。 5简述 CAD/CAM 的发展趋势。 答：随着CAD技术的普及应用越来越广泛，越来越深入，CAD技术正向着开放、集成、智能 和标准化的方向发展。首先，开放性是决定一个系统能否真正达到实用化并转化为现实生产 力的基础，这主要体现在系统的工作平台、用户接口、应用开发环境以及与其他系统的信息 交换等方面。所谓集成就是向企业提供一体化的解决方案。并行工程是一种集成，企业的产 品数据管理（
6、PDM ）也是一种集成。通过集成能最大限度地实现企业信息共享，建立新的企业 运行方式，提高生产效率。智能化是将目前基于算法的解决问题方式向基于知识的推理型解 决问题方式转变，需要将人工智能技术、专家系统引入到CAD/CAM 领域中， 不断使处理问题、 解决问题的水平处于较高的水准，避免过多地依赖人工进行决策。最后，随着CAD/CAM 技术 的发展和广泛应用，工业化标准的问题越来越显得重要。目前基于不同应用领域的CAD 、CAM 系统很多，为了便于把CAD系统产生的结果传送给CAM 系统使用、或者提供给别的CAD系统 使用，以实现资源共享，要求不同系统之间能够方便地交换有关数据，要求制订出相应的
7、数 据交换标准。同时，完善的标准化体系既是我国CAD/CAM 软件开发及技术应用与世界接轨的 必由之路，也是CAD/CAM 技术发展的方向和既定的目标。 6CAD/CAM 系统的基本组成有哪些？ 答：典型的CAD/CAM 系统主要由有关的硬件系统和相应的软件系统构成。硬件系统主要由计 算机及其外围设备组成，包括主机、存储器、输入输出设备、网络通信设备以及生产加工设 备等，它是可以触摸的物理设备；软件系统包括系统软件、支撑软件和应用软件，通常是指 程序及其相关的文档。 7计算机在CAD/CAM 系统中的作用是什么？选择计算机主要考虑哪些性能指标？ 答：计算机主机是CAD/CAM 硬件系统的核心，
8、用于指挥、控制整个系统完成运算、分析工作。 主机的类型及性能很大程度上决定了CAD/CAM 系统的使用性能。 在选择计算机时，主要考虑的技术指标有主频、字长、存容量、外存容量、存取速度等。 8CAD/CAM 系统中常用的外部存储器有那些？各有什么特点？ 答：常用的外部存储器有磁盘、磁带、光盘等。 软盘存储器由软盘和软盘驱动器组成。软盘由软盘盘片、保护套、驱动轴孔、检索孔、磁头 读写槽及防写保护口等部分组成，盘片是信息的存储介质；软盘驱动器由电动机、读写磁头、 运动控制器、接口部件等组成。工作时，马达带着盘片飞速旋转，磁头在读写槽作径向运动， 实现数据的读写，由检索孔标识磁道的起始位置。 硬盘通
9、常是做成固定式的硬盘机与硬盘驱动器，或者装成可移式的硬盘组或硬盘插卡。硬盘 的盘片与软盘的区别在于采用的是金属片，且一般由多个盘片组成，除所具有的磁道、扇区 之外，盘片之间的磁性柱面仍能存储数据，因此，硬盘的存储容量是软盘的几千甚至几十万 倍。 磁带是典型的顺序存储设备，在磁带上以物理记录为单位写入或写出。通常，在信息必须按 顺序存入及顺序读出的情况下使用磁带。磁带的存储容量比较大，常用来为大型软件或超微 机工作站系统软件作备份。 光盘是目前计算机系统广泛使用的存储介质之一，它由光盘和光盘驱动器组成，结构上与软 盘存储器相似。光盘分为一次写入型光盘、可擦写型光盘两类。记录信息时，使用激光照射
10、到介质表面上，用输入数据调制光点的强弱，在盘面上会形成一系列凹凸不平的条纹，信息 就以这种方式记录下来了。读出信息时，由于光盘表面的凹凸不平，当激光光源照射到盘面 上时，光的强弱变化经过解调就可输出数据。光盘的存储容量可达600MB以上，常用于保存 信息量庞大的数据、资料、应用软件或常用工具软件。 9CAD/CAM 系统中常用的输入设备有那些？各有什么特点？ 答： 1）键盘是计算机最基本的配置之一，可以用来输入文字和基本命令及选取菜单等。 2）鼠标有机械式、光电式、感应式和空间球四种。是常用的屏幕指示装置。 3）光笔是一种定位装置，属于指点输入设备 4）数字化仪可以看成一个标注有X Y坐标的平
11、板，可用于输入精度较高的各类图形信息。 10CAD/CAM 系统中常用的输出设备有那些？简要说明其工作原理和特点？ 答： 1）显示器是一种快速反应的输出设备，是计算机最基本的配置之一，也是CAD/CAM 系统 中最为重要的设备，它不仅能直观地得到计算过程的反馈信息、随时显示所设计的图形，还 能显示用户对图形进行增、删、改、移动等交互操作的过程。目前大量使用的是阴极射线管 制成的显示器（CRT ） ，平板式的用液晶显示材料制成的显示器（LCD ） 。 2）打印机是一种十分常见的计算机信息输出设备。打印机操作简单，工作成本低，但受输出 纸幅面大小的限制，在CAD/CAM 系统中主要用来进行设计或计
12、算分析信息的中间结果或最终 结果的输出。 3）绘图机是CAD/CAM 系统中不可缺少的一个重要输出设备。其原理与X Y 记录仪近似，在 微处理器控制下，绘图笔可以在XY 两坐标轴方向上移动，绘出所要求的图形。 11简述 CAD/CAM 软件系统的基本组成。 答：根据CAD/CAM 系统中执行的任务及服务对象的不同，可将软件系统分为三个层次，即系 统软件、支撑软件和应用软件 系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制及运行，以及对计算机程序的翻译和执行。 支撑软件是CAD/CAM 软件系统的重要组成，也是各类应用软件的基础。 应用软件是在系统软件和支撑软件基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的
13、软件。 12简要说明CAD/CAM 系统支撑软件的类型和功能。 答：从功能上可将支撑软件划分为自动绘图、几何造型、工程分析与计算、仿真与模拟、专 用设备控制程序生成、集成与管理等几种类型。 （ 1）绘图软件主要解决零件图的详细设计问题，输出符合工程要求的零件图或装配图。 （ 2） 几何建模软件它为用户提供一个完整、准确地描述和显示三维几何形状的方法和工具。 （ 3）工程计算与分析软件这类软件的功能包括：基本物理量的计算、基本力学参数计算、 产品装配、有限元分析、公差分析、优化算法、机构运动学分析、动力学分析等。有限元分 析是其核心工具。 （ 4）仿真与模拟仿真与模拟技术是一种建立真实系统的计算
14、机模型的技术。利用模型分析 系统的行为而不建立实际系统，在产品设计时，实时、并行地模拟产品生产或各部分运行的 全过程，以预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性。 （ 5）工艺过程设计工艺过程设计软件（CAPP ）将 CAD数据转换为各种加工、管理信息，包 括完整的工艺路线、工序卡等工艺文件以及供数控加工用的数控程序及其工艺信息。 （ 6）专用设备控制程序生成 （ 7）集成与管理 CAD/CAM 系统集成是将不同功能的软件模块有机地连接到一起，形成一个 完整的CAD/CAM 系统，并协调各子系统有效地运行，以达到信息数据无缝传输、数据共享、 提高工作效率的目的。 第二章计算机图形学基础
15、1试述窗视变换原理及规律。 答：对于用户定义的一整图，需要把图中每条线段的端点都用上式进行转换，才能形成屏幕 上的相应图形。 （ 1）视图区大小不变，窗口区缩小或放大时，所显示的图形会相反地放大或缩小； （ 2）窗口区大小不变，视图区缩小或放大时，所显示的图形会相应地缩小或放大； （ 3）窗口区与视图区大小相同时，所显示的图形大小比例不变； （ 4）视图区纵横比不等于窗口区纵横比时，显示的图形会有X、 Y方向的伸缩变化。 2试述二维图形基本几何变换的种类并给出其变换矩阵。 答：二维图形的基本几何变换包括比例变换、对称变换、错切变换、旋转变换和平移变换等。 （ 1）比例变换 设图形在x、y 两个
16、坐标方向放大或缩小的比例分别为A 和 D ，则坐标点的比例变换为： . . . . . 令 100 00 00 D A T ,T 就是变换矩阵。 （2）对称变换 设图形上一点(x ，y) 关于原点作对称变换： 令 100 010 001 T ,T 就是关于原点对称的变换矩阵。 同理可知关于x 轴对称的变换矩阵： 100 010 001 T。 关于 y 轴对称的变换矩阵： 100 010 001 T。 （3）错切变换 设图形上一点(x,y)沿 x 方向作错切变换： 令 100 01 001 CT，T 就是沿 x 方向作错切变换矩阵。 同理可知沿y 方向作错切变换的变换矩阵为： 100 010 01B T 。 沿 x、 y 两个方向作错切变换的变换矩阵为： 100 01 01 C B T 。 （4）旋转变换 设图形上一点 (x,y)绕原点逆时针旋转q 角： 令 100 0cossin 0sincos T ，为绕原点逆时针旋转变换矩阵，若顺时针旋转时，q 角为 负值。 （5）平移变换 设图形上一点 (x,y)沿 x 轴平移 L 距离，沿y 轴平移 M距离，得到
