江苏开放大学机械cadcam形成性作业1.docx

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江苏开放大学机械cadcam形成性作业1

江苏开放大学机械cadcam形成性作业1

江苏开放大学

形成性考核作业

学号

姓名

课程代码110046

课程名称机械CAD/CAM

评阅教师

第1次任务

共4次任务

江苏开放大学

第1章机械CAD/CAM概述

※1.什么是CAD，什么是CAE，什么是CAPP，什么是CAM，什么是CAD/CAM集成？

答：

CAD（ComputerAidedDesign缩写）：

是指设计人员以计算机为工具，运用自身的知识和经验，对产品或工程进行包括方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的总称，是一门多学科综合应用的技术。

CAE（ComputerAidedEngineering）是指工程设计中的分析计算、分析仿真和结构优化。

用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

CAPP（ComputerAidedProcessPlanning缩写）是指工艺人员根据产品设计结果进行产品的加工方法设计和制造过程设计。

将企业产品设计数据转换为产品制造数据的技术，通过这种计算机技术辅助工艺设计人员完成从毛坯到成品的设计。

CAPP系统的应用将为企业数据信息的集成打下坚实的基础。

CAM（ComputerAidedManufacturing缩写）是指计算机在制造领域有关应用的统称。

有广义和狭义之分。

广义CAM，一般是指利用计算机辅助完成从生产准备工作到产品制造过程中的直接和间接的各种活动。

包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。

狭义CAM，通常指数控程序的编制。

包括刀具路线的规划、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及后置处理和NC代码生成等。

CAD/CAM集成制造就是用CAD软件设计出零件模型，然后直接用CAM进行编程输出代码程序到机床中加工成为成品。

CAD/CAM集成系统借助于工程数据库技术、网络通信技术、以及标准格式的产品数据接口技术，把分散于机型各异的各个CAD/CAM模块高效、快捷地集成起来，实现软、硬件资源共享，保证整个系统内的信息流动畅通无阻。

2.简述CAD/CAM技术的发展和发展趋势。

答：

CAD/CAM技术的发展过程：

1）酝酿、准备阶段；2）形成阶段；3）成熟阶段；4）迅速发展及广泛应用阶段；集成化、标准化、智能化、网络化阶段。

CAD/CAM技术的发展趋势：

CAD/CAM技术不断向着集成化、标准化、智能化、网络化方向深化。

※3.目前，CAD/CAM技术的发展方向是什么？

答：

目前人工智能技术、网络技术、软件工程中面向对象的方法以及工程数据库技术的发展也为CAD/CAM技术的提高注入新的活力，CAD/CAM技术向着深度集成化、标准化、智能化、网络化方向发展，逐渐形成以生产自动化为目标的集成制造系统（CIMS）。

4.简述CAD/CAM技术在机械制造工业中的应用。

答：

机械制造工业是应用CAD/CAM技术的主要领域。

目前，已广泛应用三维几何造型技术，特别是参数化的特征造型技术设计图纸，并生成数控加工信息进行数控加工。

CAD/CAM技术在机械制造工业中的应用主要有：

航空和航天工业、汽车工业、造船工业、制造业、机床制造、工模具等。

5.简述产品传统的生产过程和CAD/CAM生产过程。

答：

传统的生产过程是：

总体方案论证→总体设计→技术设计→详细设计→试生产、性能试验和修改定型等。

CAD/CAM生产过程是：

提出设计任务→进行工程分析→进行设计校核→自动绘图→编制工艺规程，进行数控加工。

由于采用CAD/CAM技术，在产品的设计过程中就可应用仿真技术对产品的性能进行模拟，发现问题在设计过程中就可以修改，而不必等到样机试验时发现问题再修改。

这不仅节省了大量的时间和经费，减轻了设计人员的劳动强度，更为重要的是，产品可获得最佳性能和设计一次性成功的可能。

※6.简述CAD/CAM技术有哪些贡献。

答：

随着CAD/CAM技术应用的日益广泛和深入，它对科学技术和工业发展的贡献也就越来越显著、越来越大。

CAD/CAM技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科学技术现代化和工业现代化水平的重要标志之一。

CAD/CAM技术从根本上改变了传统的手工设计，改变了以往用图纸为介质驱动生产全过程的技术管理模式，而是把真实世界的物体转变成数字化模型，以统一的数字化产品模型驱动产品生命的全过程，这是制造业的信息革命。

因此，CAD/CAM技术的贡献具体表现在如下几个方面：

※7.简述CIMS主要技术特征。

答：

CIMS是英文ComputerIntegratedManufacturingSystems或contemporary的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。

CIMS主要技术特征是：

智能化与综合化。

智能化体现了自动化的深度，即不仅涉及物质流控制的传统的体力劳动自动化，还包括了信息流控制的脑力劳动自动化，而综合化反映了自动化的广度，它把系统空间扩展到：

市场、设计、制造、检验、销售及用户服务等全部过程。

根据以上CIMS的特征看，CIMS可以这样定义：

CIMS是在柔性制造技术、计算机技术、信息技术以及系统科学的基础上，将制造工厂的生产、经营活动所需的各种分布的自动系统通过简化、要素化与标准化有机地集成起来，以获得适用于多品种，中小批量生产的高效益，高柔性的智能生产系统。

※8.简述发展CIMS所带来的效益。

答：

在制造业中，中等批量、中量品种的生产较适用CIMS系统，它具有如下效应：

1）提高机床利用率；

2）减少直接和间接劳力；

3）缩短制造周期；

4）制品库存量低；

5）柔性规划；

第2章CAD/CAM系统组成及其软硬件

※1.CAD/CAM系统有哪些组成？

答：

CAD/CAM系统应由硬件、软件和操作人员三大部分组成。

计算机及其外围设备构成了CAD/CAM的硬件系统；操作系统和应用软件构成了CAD/CAM的软件系统；操作人员在CAD/CAM系统中起主导作用，他们通过人机对话的方式或批处理的方式控制和操纵CAD/CAM过程，从而完成计算、绘图、模拟、数控编程等一系列任务。

只有把硬件、软件和操作人员融为一体，才能发挥CAD/CAM系统的功能。

2.CAD/CAM系统设计应考虑的三个主要问题是什么？

答：

CAD/CAM系统设计主要是硬件和软件的配置，应考虑的三个主要问题是：

1）明确设计系统的要求;

2）确定近期与长远的目标;

3）确定系统的集成水平。

3.CAD/CAM系统中硬件布局类型怎样？

答：

CAD/CAM系统中硬件布局类型有3种，分别为：

1）单计算机系统；2）中央计算机——卫星机系统；3）计算机网络系统。

单计算机系统，是由一台计算机加上输入/输出设备组成。

早期的CAD/CAM系统大多属于这种类型。

单计算机系统的优点是结构简单，用户有较大的可见性，使用时反应时间短。

缺点是如果CPU失效，将会影响全部用户。

此外，它要求用户具备一定的数据处理能力和系统使用的基本知识。

中央计算机——卫星机系统，单计算机加上前、后置处理器组成，方便多用户使用。

它提供必要的计算能力，并可自由编程。

计算机网络系统，是由一组联成网络的多个计算机组成。

网络内的计算机各有分工，一部分用于面向用户的数据处理，一部分用于控制整个网络通讯。

各计算机之间信息的传递可通过局域网或Internet设备来实现。

计算机网络系统对CAD/CAM系统具有重大的意义，因为它可不局限于在某一工厂或某一研究所内，而将逻辑上相关的组元都连接到同一网络，实现面向大系统的设计制造。

※4.CAD/CAM系统中硬件选择原则是什么？

答：

CAD/CAM系统中硬件选择原则是：

具有良好的开放性、合理的性能价格比、图形处理功能、网络功能、扩充功能、技术支持与售后服务、整个硬件系统运行可靠，维护简单。

※5.常用的图形输入设备主要有哪些？

答：

常用的图形输入设备主要有键盘（Keyboard）、鼠标器（mouse），光笔、操纵杆、跟踪球、触摸屏、数字化仪（Digitizer）、图形输入板（Tablet）、图形扫描仪（Scanner）、数码相机（DigitalCamera）、数码输入设备等。

※6.常用的输出设备有哪些？

答：

常用的输出设备有：

显示器、打印机、绘图仪、视频输出等。

※7.CAD/CAM系统的软件包括哪些？

答：

软件是CAD/CAM系统的核心，决定着整个CAD/CAM系统的性能，一般认为，CAD/CAM系统应包括操作系统、各种语言程序、编译程序以及应用程序网络通信等。

具体说，CAD/CAM系统的软件包括系统软件、应用软件、产品设计制造软件。

※8.一般来讲，选择CAD/CAM系统应用软件时应遵循哪些原则？

答：

一般来讲，选择CAD/CAM系统应用软件时应遵循原则是，具有良好的建模能力、具有必要的系统辅助特性、具有一定的工程分析能力、具有专业设计工具、具有良好的集成性以及具有良好的性价比和售后服务。

※9.你知道哪些常用的CAD/CAM系统应用软件？

答：

常用的CAD/CAM系统应用软件有：

AutoCAD、Pro/E、UG、MasterCAM、CAXA、CATIA、SolidWorks、I-DEAS、Cimatron.

第3章CAD/CAM几何造型方法

1.什么是几何造型系统？

答：

几何造型是一种技术，它能将物体的形状和属性（如颜色、纹理、材质等）存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型。

这个模型是对原物体的确切的数学描述或对原物体某种状态的真实模拟。

这个模型将为各种不同的后续应用提供信息，它可以提供有限元网格、提供编制数控加工刀具的轨迹，提供各种碰撞和干涉的检查等。

显然，用计算机对模型进行分析或模拟比对实物进行制作或处理要容易得多，因此，各种CAD/CAM系统都将几何造型作为系统的核心。

它与设计和计算机图形学组成了CAD/CAM技术中CAD的三个重要部分。

可见，几何造型在现代CAD/CAM技术中的重要地位。

通常把能够定义、描述、生成几何模型，并能交互地进行编辑的系统称为几何造型系统。

※2.常用的几何造型方法有哪些

答：

几何造型是CAD/CAM系统中的关键技术。

几何造型是研究建立描述设计对象几何模型的一般方法。

在现有成熟的CAD/CAM系统中，常用的几何造型方法有线框造型、曲面造型、实体造型和特征造型。

3.线框造型有哪些特点？

答：

线框造型的优点：

1）由于有了物体的三维数据，便可以产生任意视图，视图之间能保持正确的投影关系，这为生成多个视图的工程图带来了很大的方便。

此外，还能生成任意视点的透视图以及任意视向的轴测图，这在二维系统中是办不到的。

2）构造模型时操作简便，在CPU时间及存储方面开销低。

3）用户几乎不用培训，使用系统就好像是人工绘图的自然延伸。

线框造型的缺点：

1）因为物体所有的棱线将全部显示出来，其真实形状须由人脑的解释才能理解，因此会产生多义性的理解。

此外，当形状复杂时，棱线过多，也会引起模糊理解。

2）线框造型中没有曲面信息，不能绘制曲面轮廓线。

3）以前，由于数据结构中缺少拓扑信息，所以不能构成实体，无法识别面与体，更谈不上区别体内和体外了。

因此，线框造型不能对图形进行剖切、消隐、明暗处理、上色、物性分析、干涉检测等。

而现在，有些系统从内部建立了边与面的拓扑关系，具有消隐功能了。

4.曲面造型有哪些特点？

答：

1）曲面造型的主要优点：

曲面造型能实现线和面的消隐、明暗处理、着色、表面积计算、面面求交、数控刀具轨迹生成、有限元网格划分等功能。

主要用于构造复杂的曲面物体，如模具、飞机、汽车等的表面。

2）曲面造型的主要缺点：

曲面造型有时会产生对物体二义性的理解；操作比较复杂，要求操作人员具备曲面建模的数学知识，因此要对操作人员进行一定的培训。

※5.常见的曲面造型方法有哪些？

答：

常见的曲面造型方法有线面拉伸面、旋转面、直纹面、扫描面、放样面、等距曲面、网格曲面等。

※6.实体造型的基本方法包括哪些？

答：

实体造型的基本方法包括基本体系引用法、扫描表示法、单元分解法、结构实体几何表示法（CSG）、边界表示法（B—Rep）。

7.如何进行特征的分类？

答：

不同的应用特点，形成了不同的特征定义，由此产生了不同特征的分类。

从产品整个生命周期发展过程看，特征可分为设计特征、加工特征、分析特征、公差及检测特征、装配特征等。

从功能上看，特征可分为形状特征、精度特征、技术特征、材料特征、装配体特征等。

从设计方法看，特征可分为通道特征、挤压特征、提拉特征、过渡特征、表面特征、变形特征等。

此外，根据形体的复杂程度，特征还可分为基本特征、组合特征、符号特征等。

8.简述特征造型系统实现的模式。

答：

特征造型系统的实现主要采用特征交互定义、特征自动识别、特征自动重构、基于特征的造型等四种途径。

这四种方式也基本上反映了特征造型系统的发展过程。

1）特征交互定义实现模式

用户→传统实体造型系→零件几何模→特征附加系→零件特征模

2）特征自动识别实现模式

用户→传统实体造型系→零件几何模→特征自动识别系→零件特征模

3）特征自动重构实现模式

用户→传统实体造型系→零件几何模→特征自动重构系→零件特征模

4）基于特征的造型实现模式

用户→基于特征的造型系→零件特征模

9.比较参数化几何造型技术和变量化几何造型技术。

答：

1）两种造型技术的相同点

参数化几何造型技术和变量化几何造型技术都属于基于约束的实体造型技术，强调基于特征的设计和全数据相关性，同时可实现尺寸驱动设计的修改，这两种方法都提供了几何约束和工程关系等问题的解决方法。

2）两种造型技术的区别

①对约束处理方法的不同是两种造型技术最根本的区别；

②两种造型技术应用的场合不同；

③两种造型技术在特征的管理方面也有所不同；

10.简述几何造型在CAD/CAM中应用。

答：

几何造型在CAD/CAM中应用：

几何造型贯穿于产品的设计、绘图、制造和装配等过程。

1.辅助设计能利用几何造型随时显示零件的形状，并能利用剖切来检验各种孔的相交情况、壁的厚薄等问题；能进行物体的物性计算（如，体积、面积、重心、惯性矩等）；能检查装配中是否干涉；还能进行运动机构的模拟。

这样，使设计者能及时发现问题，修改设计，提高设计质量。

2.自动绘图能利用几何造型对设计对象进行自动绘图，包括各种零件图、装配图。

还能绘制效果图、光照模型和动画等。

3.辅助制造能利用几何造型进行数控自动编程及刀具轨迹的仿真；能进行工艺规程设计；还能帮助检测，保证制造质量等。

4.帮助装配在机器人及柔性制造中利用几何造型进行装配规划、机器人视觉识别、机器人运动学及动力学的分析等。

※为必做题。

完成日期：

得分：

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机械CAD/CAM第1次任务评阅教师：