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第一章1、CAD计算机辅助设计指工程技术人员在计算机及其各种软件工具帮助下应用自身知识和经验对产品进行包括方案构思总体设计工程分析图形编辑技术文档等一切设计活动的总称CAD功能：几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图。2、CAPP计算机辅助工艺设计是根据产品设计结果进行产品的加工方法和制造过程的设计 功能：毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定、工时定额计算等3、CAM广义指利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的各种生产活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流控制、质量保证等。狭义指数控加工编程包括刀具路线规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及后置处理和数控代码生成等作业过程。4、CAD/CAM系统功能产品几何建模、产品模型的工程分析处理、工程图绘制、辅助制定工艺规程、NC自动编程、加工过程仿真模拟、工程数据管理5、CAD/CAM作业（现代产品设计与制造特征）：产品开发设计数字化、设计环境网络化、设计过程并行化、新型开发工具和手段的应用。6、CAD/CAD系统是由硬件、软件和设计者组成的人机一体化系统7、CAD/CAM系统的硬件主要由计算机主机，输入设备、输出设备、存储器、生产装备及计算机网络等几部分。其硬件系统具有的要求：强大的处理功能、大外存储容量、友好方便的人机交互功能、良好的通信联网功能8、输入设备键盘、鼠标、图形扫描仪、三坐标测量仪、激光扫描仪、数码相机、数据手套以及各种位移传感器。输出设备图形显示器、打印机、绘图仪、立体显示器、三维打印机9、CAD/CAM系统的软件分为系统软件、支撑软件、专业性应用软件。CAE部分模块有限元分析模块、运动机构仿真分析模块、优化设计模块。10、（论述题）CAD/CAM技术的发展趋势 a集成化单一功能各模块CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM的集成CAD/CAM与ERP集成，即技术与管理信息的集成b网络化通过网络将不同地点的CAD/CAM系统连接起来，可实现设计信息交换，共享网络资源，降低设计成本，加速了产品设计进程。c智能化智能化是CAD/CAM技术发展的必然选择，通过引入专家系统和人工智能技术，使其能够模拟人类专家的思维方式，在产品设计过程给出智能化提示，如何解决现有设计问题，给予有效的帮助。d虚拟化虚拟现实技术是利用计算机创建一种虚拟环境，使操作者具有沉浸感、自主性和交互性特征。在人机融合为一体虚拟环境中，可大大提高设计效率，缩短开发周期。目前，基于VR技术的CAD/CAM系统实用化还有待进一步研究和完善。第二章1、栈是限定在表尾进行插入或删除操作，且为“后进先出”的线性表。队列是限定在表一端插入(队尾)，在另一端删除(队头)的“先进先出”线性表。2、数据库常用数据模型a层次模型：树结构，可表示“一对多”关系；b网状模型：各节点可有多个父节点，表示“多对多”关系；c关系模型：二维表结构，每张二维数表可看作为是一种关系，关系与关系之间可通过关键码实现联系。3、PDM(产品数据管理)是管理所有与产品相关的信息和过程的技术。功能：电子资料室管理和检索、产品配置管理、工作流程管理 、项目管理功能。第三章设计制造数据的处理包括数表和线图的处理。数表分类：常数数表、列表函数。数表公式化处理方法：a函数插值：线性插值、抛物线插值、b函数拟合（曲线拟合）曲线不要求通过已知结点，仅反映数据变化趋势。最小二乘法函数拟合：曲线到各结点误差平方和最小。步骤：1）在坐标纸上绘出各结点，根据其趋势绘制曲线图形；2）确定近似函数，可为多项式、对数函数或指数函数等；3）用最小二乘法求出待定系数。第四章1窗口定义为一个矩形框，它的位置和大小在用户坐标系中一般用矩形的左下角和右上角表示，矩形观察框，用以显示感兴趣的图形内容。 窗口一般用矩形对角坐标表示。涉及图形剪裁技术。窗口也可定义为圆形、多边形等异型窗口。窗口可以嵌套。2视区是在图形设备上定义的矩形区域。用于输出所要显示的图形和文字。视区同样用矩形对角坐标表示。视区应小于等于屏幕区域，可在同一屏幕上定义多个视区。3窗口与视区坐标点的变换a视区不变,窗口缩小显示图形放大b窗口不变，视区缩小显示图形缩小c窗口与视区相同，所显示图形大小比例不变d若视区与窗口纵横比不同时，则图形会产生伸缩变形。4裁剪是裁去窗口之外图形的一种图形处理技术第五章1CADCAM建模技术发展：线框模型表面模型曲面模型实体造型特征建模线框模型、曲面模型、实体模型统称为几何模型2几何信息是指构成三维形体各个几何元素在欧式空间中的位置和大小，可以用数学表达式定量描述，通过不等式可对其边界范围加以限制。3拓扑信息反应形体中各几何元素的数量及其相互间的连接关系4欧拉公式用来检验形体的合法性和一致性。(点V)(边E)（面F）(独立的多面体数量B)（穿透形体的孔数G）(所有面上的内环数L)正则体VE+F=2封闭多面体分割成B个独立多面体：VE+FB=1有孔洞形体VE+FL=2（BG）5线框建模技术线框模型优点：数据结构简单、信息量少、占用内存空间小、操作速度快，可生成三视图、透视图和轴侧图。不足：缺少面、体等拓扑信息，信息描述不够完整易产生多义性，不能消隐、不能剖视、不能进行物性计算和求交计算等。6表面建模是通过对形体各个表面或曲面进行描述的一种三维建模方法。优点：相对于线框模型来说，增加了面边的拓扑关系，可进行消隐处理、剖面图生成、渲染、求交、刀轨生成、有限元网格划分等作业不足：缺少体信息，无法区分哪一侧为实体不便进行物性计算和分析。7实体模型表示法：扫描表示法、边界表示法、构造实体几何表示法、空间单元表示法。8特征建模即通过特征及其几何关系来定义、描述实体模型的方法和过程 基于特征的零件信息模型其 包含零件层特征层几何层三个 层次，特征层是核心，形状特征 又是特征层的重要模块，其精度 材料/技术特征从属于形状特征 几何层提供了零件的详细几何 /拓扑信息的描述，是整个模型 的基础9形状特征包含了所描述形体的几何信息和拓扑信息，是构造零件的基本要素，也是零件非几何特征（精度特征、材料特征）的载体。10特征间的关系：邻接关系、从属关系、分布关系。11实体建模和特征建模本质上是面向零件的建模技术，而在产品设计中需要将各种零件装配成部件，再把部件和零件组装成产品，需要能够处理零件间相互连接和装配关系的面向产品的建模技术，即装配建模技术。装配建模支持产品从概念设计到零件设计，能完整、正确地传递不同装配体的设计参数、装配层次和装配信息。12三种基本的装配关系：定位关系：零部件之间的空间位置和配合关系，如对齐、重合、配合等;连接关系：零部件几何元素之间的连接方式，如螺钉连接、键连接等;运动关系：零部件之间的相对运动和传动关系，如齿轮传动、带传动等。13装配设计方法：自底向上的设计和自顶向下的设计自底向上的设计优点：思路简单，操作方便，易于理解，各零部件独立设计，装配简单；缺点：初始设计时未能考虑零部件间相互影响，易产生相互干涉现象，造成设计反复，影响设计效率自顶向下的设计优特点：设计过程是一个逐步求精的过程，更符合人们思维方式，减少设计重复工作，提高了设计效率，缩短研发周期，减少设计成本。第六章1计算机辅助工程分析(CAE)是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学和现代计算机技术相结合而形成的一种综合性、知识密集型的科学。2在CAD/CAM中，典型的计算机辅助工程分析工作包括:(1)对受载荷作用的产品零部件进行强度分析;计算已知零部件尺寸在受载下的应力和变形，或根据已知许用应力和刚度要求计算所需的零件尺寸;如果所受的载荷为变动载荷，还要计算系统的动态响应。(2)对作复杂运动的机械和机械人机构等进行运动分析，计算其运动轨迹、速度和加速度。(3)对系统的温度场、电磁场、流体场进行分析求解。(4)按照给定的条件和准则，寻求产品的最优设计参数，寻求最优的加工规则等。(5)对已形成的产品设计方案和加工方案进行仿真分析，即按照方案的数学描述，通过分析计算，模拟实际系统的运行，预测和观察产品的工作性能和加工生产过程。3优化设计的数学模型包含三个要素，即设计变量、目标函数和约束条件.4仿真的一般过程1.建立数学模型2.建立仿真模型3.编制仿真程序4.进行仿真实验5.结果统计分析 6.仿真工作总结 5.有限元软件组成由三部分组成a有限元前置处理包括从构造几何模型、划分有限元网格，到生成、校核、输入计算模型的几何、拓扑、载荷、材料和边界条件数据b有限元解算进行单元分析和整体分析、求解位移、应力值等c有限元后置处理对计算结果进行分析、整理，并以图形方式输出，以便设计人员对设计结果作出直观判断，对设计方案或模型进行实时修改。有限元方法的最大特点是能够适应各种复杂的边界形状和边界条件，这是因为它可以采用多种单元类型和节点几何状态描述形式来模拟结构。6、（论述题）仿真在CAD/CAM系统中的应用 (1)产品形态仿真例如产品的结构状态、外观、色彩等形象化属性。 (2)零部件装配关系仿真以及工作环境空间的配置仿真可通过仿真检验产品装配结构是否合理、是否发生干涉;人工操作是否方便，是否符合人机学原理 (3)运动学仿真模拟机构的运动过程，包括自由度约束状况、运动轨迹、速度和加速度变化等 (4)动力学仿真分析计算机械系统在质量特性和力学特性作用下系统的运动和力的动态特性。 (5)零件工艺过程几何仿真根据工艺路线的安排，(6)加工过程仿真(7）生产过程仿真例如FMS仿真，模拟工件在系统中的流动过程，展示从上料、装夹、加工、换位、再加工、直到最后下料、成品放入立体仓库的全部过程。第七章1、计算机集成制造（CIM）并行工程（CE）敏捷制造（AM）虚拟制造（VM）2、CAPP系统的结构组成：零件信息的获取、工艺决策、工艺数据库与知识库、人机交互界面、工艺文件管理与输出。3、成组技术是利用相似性原理将工程技术和管理技术集于一体的一种生产组织管理技术。4、Opitz编码系统9位前5位主码后4位辅码主码主要用于描述零件的基本结构形状其中第一位为零件的大类码，用来区分是回转体零件还是非回转体零件;第25位针对各大类零件形状进行进一步描述和细分，分别为外部形状及其要素，内部要素及其要素，平面加工和辅助加工要素等，后4位辅码分别表示零件的主要尺寸，材料及热处理，毛坯形状和精度要求5CAPP系统分为派生式、创成式、综合式。A派生式CAPP系统是利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统，派生式CAPP特点1)以成组技术为基础，理论上比较成熟2)继承企业较成熟的传统工艺，有较好的实用性3) 适用于结构比较简单的零件，尤其回转类零件4)系统柔性度较差，对于相似性较差的复杂零件，难以编码描述。B创成式CAPP系统是一种能综合零件加工信息，自动为一个新零件创造工艺规程的软件系统，创成式CAPP特点1)通过逻辑推理，自动决策生成零件工艺规程无需人为干预2)具有较高的柔性，适应范围广3)便于与CAD和CAM系统的集成4)系统实现较为困难，目前只能处理特定环境下的特定零件。工艺决策知识的表示决策树与决策表.C综合式CAPP系统采取派生式与创成式相结合的方法生成工艺规程，即工艺设计采用派生法，工序设计则采用创成决策方法产生。即采用派生法生成零件加工工艺流程，采用创成法自动进行各加工工序的决策。综合式CAPP特点：综合派生式与创成式CAPP两者优点，具有系统简洁、快捷、灵活、实用性强的特点。第八章11 机床坐标系（MCS）是机床固有的工件坐标系（WCS）是相对于加工工件而言，是编程人员根据所加工工件的形状特征和工艺要求，为了编程的方便在工件上所确定的坐标系。2数控机床坐标定义前提: 假设工件不动，刀具相对工件运动Z轴：与主轴平行，工件尺寸增大方向为正方向；多主轴时，使用最多的为Z轴；无主轴时，垂直于工件装夹面坐标轴为Z轴。X轴：与工件装夹面平行，水平且与Z轴垂直车床沿工件径向，离开工件轴线方向为正向铣床立式：由主轴向立柱看，右手方向为正向卧式：由主轴向工件看，右手方向为X轴正向刀触点：在加工过程中刀具与工件的实际接触点(A)。刀位点：数控编程中用以表示刀具位置的坐标点(O)。 G准备功能字；F进给速度功能字；S主轴转速功能字；T刀具功能字；M辅助功能字。 3 刀具运动控制面零件面、导动面、检查面。零件面是刀具加工完成的表面。导动面是引导刀具进行切削运动的作用面。检查面是用来确定刀具每次进给的终止位置。 4 编制和生成数控机床所用的数控加工程序的过程，称为数控编程 5手工编程数控程序步骤：工艺分析、数值计算、编制零件加工程序、数控程序输入、试切和修改。 6、CAD/CAM系统编程的特点：（1）在图形环境下将被加工零件的几何造型、刀位计算、后置处理和加工仿真等数控编程的作业过程结合在一起，有效的解决了编程的数据来源、图形显示、校验计算和交互修改等问题，弥补了数控语言自动编程存在的不足。（2）整个编程过程是面向零件几何图形交互进行的，不需要编制零件加工源程序，用户界面友好，使用简便、直观、准确，便于检查。（3）有利于实现系统的集成，不仅能够实现产品设计（CAD）与数控加工编程（NCP）的集成，还便于与工艺规程设计（CAPP）、刀夹量具设计等其他生产环节的集成。 7型腔加工方法：行切法和环切法.A行切法：刀具按平行于某坐标轴方向或一组平行线方向走刀。刀位计算简单，遇到岛屿抬刀越过岛屿，或沿岛屿边界绕过去。特点往返走刀：空行程少，加工效率高，交替出现顺逆铣，影响加工质量。单向走刀：可保持刀具相同切削状态，但空行程较多，加工效率低。B环切法:是环绕型腔边界进行切削加工方法。外环顺时针走向，内环逆时针走向第九章1CAD/CAM系统分类应用系统层、基本功能层、产品数据管理层集成方式专用数据交换接口方式、中性文件数据交换接口方式、基于工程数据库集成方式、基于PDM系统的集成方式集成关键技术产品建模技术、产品数据交换接口技术、产品数据管理技术2、产品数据交互标准：（1）初始化图形交换标准IGES ；(2)产品定义数据接口PDDI；（3）产品数据交换规范PDES；（4）数据交换规范SET；（5）产品模型数据交换标准STEP。3快速原型制造（RPM）是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术和激光技术等技术于一体的综合制造技术，它采用分层离散逐层堆积原理实现材料的快速成型过程 4反求工程（RE(逆向工程)）是根据已有的产品实物模型，经由产品信息的采集，生成计算机数字模型，再进行产品制造，是一个由设计下游向设计上游进行产品信息反馈的过程。 5虚拟制造（VM）是利用计算机仿真和虚拟现实技术，采用群组协同作业模式，在高性能计算机及互联网络的支持下，实现产品实际制造的本质过程。特点：以数字模型为核心、以模型信息的集成为根本、以高逼真度仿真为特色、交互环境的自然化、分布式协同工作环境、柔性的组织模式。 6网络化制造最终将达到的战略目标为：a分担基础设施建设费用和相应的商务风险b分享核心竞争优势c缩短产品投放市场所需时间d协同产品开发和合作e增加市场占有份额及快速进入市场等。