复习题全.docx

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复习题全

一、CAD/CAE/CAM基础

1.计算机辅助工程的基本内容？

3D主建模、photo、CAE、drafting、CAPP、CAM、Assembly

2.CAD/CAE/CAPP/CAM的基本概念

CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）

CAE（ComputerAidedEngineering，计算机辅助工程）

CAM（ComputerAidedManufacturing，计算机辅助制造）

CAPP（ComputerAidedManufacturing,计算机辅助工艺过程设计）

CAD/CAE/CAM是三者的有机结合，意味着进一步提高设计和生产效率的综合技术。

3.CAD/CAE/CAM技术在制造技术中的地位和作用，各模块的作用。

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

CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了过去的手工绘图、发图、凭图纸组织整个生产的技术管理方式。

将它变为在图形工作站上交互设计、用数据文件发送产品定义、在同一的数字化产品模型下进行产品的设计打样、分析计算、工艺计划、工艺装备设计、数控加工、质量控制、编印产品维护手册、组织备件订货供应等等。

应用：

CAD系统的应用影响工业各个方面，使传统技术、工程技术发生深刻的变革。

CAE系统的应用解决产品设计分析问题，使设计人员在早期设计阶段就可以对产品设计和制造中的各种问题进行预测仿真。

从而缩短设计周期、提高产品质量，节省大量资金。

CAM系统的应用解决实际产品的制造加工问题，提高产品的制造质量。

4.CAD/CAE/CAM的发展过程

CAD：

1950s后期——1970s初期，线框造型阶段，以二维绘图为主要目标。

1970s初期——1980s初期，曲面造型技术，贝赛尔算法，CATIA软件。

1980s初期——1980s中期，实体造型技术，I－DEAS软件。

1980s中期——1990s初期，参数化技术，Pro/E软件。

1990s初期——至今，变量化技术，全新的I－DEASMasterSeries软件。

CAE：

v单物理场计算功能扩展

v求解线性问题发展到分析非线性问题

v增强可视化前、后处理功能

v单物理场计算发展到多物理场耦合问题

vCAE软件和CAD软件的无缝集成

CAM：

vAPT为第一代CAM系统

v曲面CAM系统为第二代CAM系统

v目前发展新一代CAM系统

vCIMS，计算机集成制造系统

5.CAD/CAE/CAM技术的发展趋势

CAD/CAE/CAM技术的发展趋势是参数化、智能化、三维实体化、集成化、网络化和标准化。

二、图形学

6.CAD系统的坐标系及其定义及特点？

（四个坐标系）

世界坐标系（WorldCoordinateSystemWCS）

设备坐标系（DeviceCoordinateSystemDCS）

规格化坐标系（NormalizedDCS）

观察坐标系（ViewingCoordinateSystemVCS）

定义及特点：

（1）由设计者（用户）确定，称用户坐标系,用户用它来定义二维或三维世界中的物体，其坐标值可以是实型量，也可以为整型量。

坐标系可采用绝对坐标或相对坐标。

（2）图形显示器或绘图机自身有一个坐标系，称它为设备坐标系或物理坐标系。

设备坐标系中，坐标轴的度量单位是像素或者绘图笔步长。

（3）与设备无关的图形系统，其目的是使所编制的软件可以较方便地应用于不同的具体设备上。

坐标单位无量纲，取值范围0～1。

（4）又称目坐标系，是一个定义在用户坐标系中任何方向、任何地方的左手三维直角辅助坐标系，其原点和视心重合。

7.有哪些经典视图？

平行视图和透视视图的特点是什么？

轴侧视图属于哪种视图？

等角投影；正视图；透视。

轴侧视图属于平行视图

8.视图中三个基本要素是什么？

-一个或多个对象

-观察者，带有一个投影面

-从对象到投影平面的投影变换

9.CAD图形基本变换包括哪些类型？

有图形的比例缩放、错切、旋转、平移、投影、透视

10.采用何种方式表达图形变换？

点变换

11.二维图形变换矩阵及其子矩阵的作用？

二维变换矩阵的一般形式：

从变换功能上可把[T]分为四个子矩阵．其中

——缩放、旋转、对称、错切等变换；

——平移变换；

——投影变换。

当p、q为零时为平行投影；

当p、q不等于零时为中心投影；

——整体图形作伸缩变换；

12.三维图形变换矩阵及其子矩阵的作用？

三维变换矩阵的一般形式为

——比例、错切、旋转、反射等基本变换

——沿X、Y、Z三个方向的平移变换

——透视变换

——全比例变换

13.什么是三维图形复合变换，复合变换的过程是否可逆？

多个基本变换组成的复杂变换；不可逆。

14.插值、逼近、光顺、拟合的基本概念。

最小二乘法

插值是函数逼近的重要方法。

给定函数f（x）在区间[a,b]中互异的n个点f（xi）i=1,2,…n，基于这个列表数据，寻找某一个函数k（x）去逼近f（x）。

若要求k（x）在xi处与f（xi）相等，就称这样的函数逼近问题为插值问题，称k（x）为f（x）的插值函数，xi称为插值节点。

逼近：

当型值点太多时，构造插值函数使其通过所有的型值点是相当困难的；同时也没有必要寻找一个插值函数通过所有的型值点；解决的办法通常是寻找一个次数较低的函数，从某种意义上最佳的逼近这些型值点

光顺：

通俗的几何含义是曲线的拐点不能太多，曲线拐来拐去，就会不顺眼对于平面曲线，相对光顺的条件是：

曲线具有二阶几何连续性；不存在多余拐点；曲线的曲率变化较小；

拟合不象插值、逼近、光顺那样有完整的数学和公式定义，它是指在曲线、曲面的设计过程中，用插值、逼近的办法，使生成的曲线、曲面达到某些设计的要求，如使曲线通过型值点、控制点，使曲线“光滑”，“光顺”等

最小二乘法是最常用的曲线拟合的方法。

15.Bézier曲线、B-Spline曲线、NURBS曲线的特点？

阶数与控制点数的关系。

（如Bézier曲线的阶次数等于n-1，B-Spline曲线的阶次数不大于n-1。

三次Bézier曲线只能有1段，其特征控制点的数量为4。

三次B样条（B-Spline）的的线段数量不确定，其特征控制点的数量大于3点。

）

答：

（1）Bézier曲线的优缺点：

优点：

形状控制直观，设计灵活

缺点：

所生成的曲线与特征多边形的外形相距较远，局部控制能力弱，因为曲线上任意一点都是所有给定顶点值的加权平均，控制顶点数增多时，生成曲线的阶数也增高，控制顶点数较多时，多边形对曲线的控制能力减弱，曲线拼接需要附加条件，不太灵活

B-Spline的优缺点：

优点：

与控制多边形的外形更接近

局部修改能力

任意形状，包括尖点、直线的曲线

易于拼接

阶次低，与型值点数目无关，计算简便

缺点：

不能精确表示圆

NURBS：

能精确表示圆

（2）阶数与控制点的关系：

Bezier曲线：

控制顶点数增多时，生成曲线的阶数也增高

B-Spline曲线：

阶次低，与型值点数目无关

NURBS曲线

三、CAD建模技术

16.CAD技术的发展经历了哪些建模技术发展过程？

在CAD技术的发展过程中，其造型技术大致经历了二维造型、线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型、基于特征的参数化和变量化造型等几个历史阶段。

17.CAD三维实体建模有哪些方法？

它们的特点是什么？

构造实体几何法（CSG法）

扫描法（Sweep）

边界表示法（B-Rep法）

CSG与B-Rep混合造型法

分割表示法（D-Rep法）

18.CAD三维线框造型的特点？

优点：

所需信息最少，数据运算简单，容易处理；可以产生任意视图；

对计算机硬件的要求不高；

缺点：

对于曲面体，仅能表示物体的棱边就不准确了；

对物体形状的判断产生多义性；

线框造型不能进行物体几何特性（体积、面积、重量、惯性矩等）计算，不便于消除隐藏线，不能满足表示特性的组合和存储多坐标数控加工刀具轨迹的生成等方面的要求

19.CAD三维曲面造型的基本原理和特点？

曲面造型是在线框造型的基础上添加面的信息，用空间的曲面来表示物体的外表面，用面的集合来表示物体，而用环来定义面的边界。

建模时，先将复杂的外表面分解成若干个组成面，然后定义出一块块的基本面素，通过各面素的连接构成了组成面，通过各组成面的拼接就构造了曲面模型。

优点：

增加了有关面的信息，曲面造型扩大了线框造型的应用范围；

能够比较完整地定义三维立体的表面；

曲面造型可以为CAD/CAE/CAM中的其他场合提供数据；

缺点：

不能描述零件内部的信息；

不能将这个物体作为一个整体去考察它与其他物体相互关联的性质；

20.实体造型的常用方法？

见17题

21.构造实体几何法（CSG）包含两部分内容是什么？

布尔运算有哪些？

（1）基本体素的定义与描述；体素之间的集合运算。

（2）并集，差集，交集

22.CAD扫描法实体造型的两个要素是什么？

（1）被移动的形体（基体）或截面（Section）

（2）移动该形体的轨迹（路径）（Guide）

1.什么是特征？

特征有哪些种类？

特征是指产品描述的信息的集合。

特征类型主要有如下几种:

-形状特征-精度特征-管理特征-材料特征-分析特征-装配特征

形状特征的分类：

主特征，辅特征，组合特征

2.特征建模与实体建模有何异同点？

3.特征造型的过程。

（1）规划零件。

规划零件主要包括以下几个方面:

特征分解

特征构造顺序

特征构造方法

（2）创建基本特征。

（3）编辑修改特征。

（4）生成工程图。

4.特征建模中的轮廓（Profile）、约束（Constraint）、草图（Sketch）、尺寸驱动、变量驱动等基本概念。

实体图形元素:

2D草图绘制开始，主要有点、直线、矩形、多边形、圆、椭圆、圆弧、样条曲线、圆锥曲线、中心线、文字等

轮廓：

有若干首尾相接的直线或曲线组成，用来表达实体模型的截面形状或扫描路径。

约束：

构成图形的几何尺寸及其图形各个元素之间的几何关系的集合，以参数等式或者不等式描述。

常见的约束有水平、垂直、平行等。

尺寸约束是指产品几何图形元素的尺寸参数描述

几何约束是指具有几何意义的点、线、面、体等图形元素之间的所有的几何关系描述；

拓扑约束是指产品形体的特性和关系的描述

工程约束是指表达设计对象的原理、应力、性能、材料等方面的非几何信息描述

尺寸驱动：

通过编辑尺寸参数数值来驱动几何形状的改变。

变量驱动：

将所有的设计要素如几何尺寸、拓扑关系、工程关系，甚至名称都视为约束或者变量，通过变量的修改构成产品诸要素的改变。

草图编辑：

移动、旋转、复制、阵列、剪裁、分割、删除等。

特征生成：

由草图生成的，对草图轮廓进行拉伸、旋转等生成特征操作即可生成特征。

5.参数化设计和变量化设计有何特点？

它们之间有何区别？

共同点：

基于特征，全数据相关，尺寸驱动设计修改；

不同点：

1.约束的定义范围：

参数化将形状和尺寸联系起来，尺寸的改变驱动形状的改变；变量化将形状和尺寸分开，约束的定义范围为任意约束。

2.约束的管理和处理：

参数化必须全尺寸约束，变量化允许欠约束。

6.装配造型的基本概念：

零部件（Parts&Componnent）、基零部件、子装配体（Subassmbry）、主模型（TheMasterModel）、爆炸图等。

7.装配造型约束技术：

约束的内容和方法。

1）.装配约束技术

零部件自由度分析零部件的自由度描述了零部件运动的灵活性，自由度越大．零部件运动越灵活。

三维中间中一个自由零部件的自由度是6个。

即3个绕坐标轴的转动自由度和3个沿坐标轴的移动自由度。

给零部件的运动施加一系列约束限制后，零部件运动的自由度将减少。

当某零部件的自由度为0时，则称为完全定位。

满约束,欠约束,过约束

-重合

-平行

-垂直

-相切

-同轴心

-距离

-角度

8.装配造型的建模方法有哪些？

自上向下和自下向上的装配造型方法的特点和区别。

两种典型的方法：

-自下向上的设计方法（Bottom-UpModeling）

与产品的实际装配过程类似，即事先创建好所有的零件模型，然后把创建好的零件装配成部件，再把零部件装配成完整的产品。

这种由最底层的零件开始装配，并逐级逐层向上进行装配造型的方法称为自下向上的设计方法；

-自上向下的设计方法（Top-DownModeling）

与产品的研发过程类似，即先从产品的总体设计开始，确定产品的总体设计原则和总体设计方案，考虑产品的构成，把产品分解为一系列的部件，并大致确定部件的结构和尺寸．然后进入部件设计，大致确定部件中的零件结构和尺寸，最后进行零件的详细设计，当零件设计完成后．产品的设计也基本完成。

这种由产品装配体开始，并逐级逐层向下进行设计的装配造型方法称为自上向下的设计方法。

9.工程图的图纸设置包括哪些内容？

图幅的建立；比例；字体，线型；单位；标准。

10.工程图的视图种类有哪些？

视图分类

-基本视图:

主视图，俯视图，左视图，右视图，仰视图，后视图

-斜视图

-局部视图

-旋转视图

-轴测图

-剖视图

全剖视图，半剖视图，局部剖视图，旋转剖视图，阶梯剖视图

四、CAE基础

11.CAE的内容通常包括哪些内容？

-有限元法技术-优化设计-仿真技术-可靠性设计等方面。

12.力学分析方法中的数值求解方法主要包括哪几种？

这几种方法的公共点是什么？

方法：

有限元法，边界元法，有限差分法。

共同点是：

结构的离散化。

13.有限元分析的基本原理？

泛函变分原理

14.有限元法的理论基础是变分原理，最常用的变分原理有哪些？

最小势能原理和最小余能原理。

最小势能原理用于位移法。

即以位移为基本参数。

最小余能原理用于力法，即以应力为基本未知数。

在有限单元法里主要是运用位移法。

15.有限元分析的一般分为哪三个过程？

连续体的离散化；单元分析；整体分析。

16.有限元分析的前处理包括哪些内容?

生成几何实体模型；生成节点坐标；生成网格单元；修改和控制网格单元；

单元属性编辑；施加边界条件；施加载荷。

17.有限元分析的后处理包括哪些内容?

就是将有限元计算分析结果进行加工处理并形象化为变形图、应力等值线图、应力应变彩色浓淡图、应力应变曲线以及振型图等，以便对变形、应力等进行直观分析和研究。

18.您知道有哪些国际上知名的有限元分析系统？

Ansys

19.Ansys系统主要有哪些功能？

结构分析；热分析；电磁分析；流体分析；耦合场分析-多物理场。

20.优化设计要解决的关键问题主要有哪些？

一是建立优化设计数学模型，即确定设计问题的目标函数，约束条件和设计变量；二是选择适宜的优化方法。

21.优化设计的数学模型是否指确定优化设计问题的目标函数、约束条件和设计变量？

是

22.你知道有哪些常用的优化方法？

一维搜索法；坐标轮换法；单纯形法；鲍威尔法；梯度法；牛顿法；变尺度法；复合形法；罚函数法

45．仿真定义？

常用的仿真方法？

什么是物理仿真？

什么是数学仿真？

答：

物理仿真：

用物理模型来仿真实际系统。

数学仿真：

又称计算机仿真。

即建立系统的可以计算的数学模型（仿真模型），并据此编制成仿真程序放入计算机进行仿真试验，掌握实际系统在各种内外因素变化下其性能的变化规律。

46．可靠性设计的基本理论是什么？

事前分析，事中分析和事后分析？

可靠性设计是建立在概率统计理论基础上的以实现产品的可靠性为目的的设计技术。

按时间先后可分为：

a事前分析：

在产品设计阶段预测和预防所有可能发生的故障和隐患，消除于未然．把可靠性设计到产品设计中去。

b事中分析:

指产品在运行中的故障诊断、检测和寿命预测技术，以保证运行可靠。

c事后分析：

产品发生故障或失效后的分析，找出产品故障的原因，研究预防故障的技术。

47．产品的可靠性一般可分为哪两类？

产品失效的类型有哪些？

可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性

48.机械可靠性中的结构可靠性和机构可靠性有何不同？

•机械可靠性一般可分为结构可靠性和机构可靠性

结构可靠性主要考虑机械结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效；

机构可靠性则主要考虑的不是强度问题引起的失效，而是考虑机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障。

（机械可靠性设计多采用概率机械设计方法，概率机械设计是应用概率统计理论与传统机械设计理论相结合进行机械零件或构件设计的一种先进的设计方法，已成为评价机械系统和结构的重要手段。

）

五、CAPP基础

49．为什么说工艺是连接设计和制造的桥梁？

答：

工艺过程设计为实现将原材料或半成品加工为成品而需制定的详细工作计划，包括为被加工零件选择合适的加工方法、加工顺序、加工设备等，它是联系产品设计与车间生产的纽带

490．为什么说CAPP是CAD和CAM的桥梁？

答：

在集成系统中，CAPP能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替人机交互的零件信息输入，CAPP的输出是CAM所需的各种信息，因此，CAPP是CAD与CAM的真正桥梁。

50.在CAPP系统中用计算机辅助零件工艺过程设计，对零件的信息描述必须包括零件的哪些信息？

（几何信息、工艺信息和管理信息）

51．常见的机械加工工艺文件卡有哪些？

它们的特点是什么？

52．派生式CAPP的基本原理？

派生式CAPP是建立在成组技术（GT）的基础上

派生式CAPP利用客观存在的零件结构和工艺特征的相似性，将结构或工艺相似的零件归类成组，并制定每组零件的标准工艺流程，即成组工艺。

将各组的成组工艺及其刀、夹、量具及机床、材料、切削参数等数据以数据库的形式保存在计算机。

53．派生式CAPP的工作流程？

按照采用的分类编码系统，对实际零件进行编码

检索该零件所在的零件族

调出该零件族的标准工艺规程

利用系统的交互式修订界面，对标准工艺规程进行筛选，编辑或修订供自动修订的功能，但这需要补充输入零件的一些具体信息。

将修订好的工艺规程存储起来，并按给定的格式打印输出

54．成组技术的基本原理是什么？

成组技术及时将企业生产的多种产品、部件和零件，按照一定的相似性准则分类成零件族，对每一个零件族可采用相同的工艺方法进行加工，采用相似的夹具进行装夹，采用相似的仪表进行检测等。

这样通过分成加工组或加工单元可以实现产品设计、制造和生产管理的合理化及高效益。

（p206）

55 创成式CAPP的特点？

（P220）

创成式CAPP的特点:

创成式CAPP是以“逻辑算法+决策表”为特征。

 创成式CAPP系统的特点：

（1）通过逻辑推理，自动决策生成零件的工艺规程。

（2）具有较高的柔性，适应范围广。

（3）便于计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成。

56．CAPP专家系统的特征是什么？

答：

CAPP专家系统是以“推理+知识”为特征。

六、CAM基础

57．CAM的核心是什么？

答：

数控技术。

58．数控机床的坐标系统和工件的加工坐标系统是如何定义的？

数控车床是以机床主轴轴线方向为Z轴方向，刀具远离工件的方向为Z轴的正方向。

X轴位于与工件安装面相平行的水平面内，垂直于工件旋转轴线的方向，且刀具远离主轴轴线的方向为X轴的正方向。

一般将工件坐标系的Z轴设成与机床主轴中心线重合，X轴设在工件的左端面或右端面。

59．数控编程的步骤？

答：

1.分析零件图样，进行工艺处理；

2.数学处理;

3.编写零件加工程序;

4.控制介质及输入程序；

5.程序校验及试切。

60．数控加工自动编程有哪些方法？

答：

1.手工编程

2.自动编程

○1数控语言自动编程

○2计算机辅助图形自动编程

○3CAD/CAM集成编程

61.数控铣削加工常用的刀具有能力些？

它们的特点和应用。

球形刀、端铣刀、环形刀用于曲面数控加工的特点及应用

（应该是球形刀、端铣刀、环形刀、鼓形刀）

1）球形刀三维加工

☐采用球形刀端铣加工三维曲面，只要使球形刀的球心（以下简称为刀心）位于所加工表面的等距面上，不论刀具路线及刀抽力向如何安排，均能铣削出所要求的曲面形状。

因此刀位计算简单，编程较容易。

☐缺点是切削速度随刀刃上切触点位置的不同而变化，球形刀端点与加工表面切触时切削速度为零。

☐球形刀适用于三坐标、四坐标和五坐标曲面端铣加工

2）端铣刀、环形刀三维加工

☐端铣刀、环形刀多坐标端铣曲面加工以其加工效率高和刀具成本低等独特的优点，在大型曲面的数控加工中应用很广泛。

加工对象包括各种形状的大型叶片（如透平机械的转子叶片）、大型水轮机转轮及某些大型曲面零件和模具等。

☐缺点：

刀位计算和编程复杂。

☐端铣刀、环形刀一般只用于平面轮廓铣和五轴联动曲面铣削加工。

62．数控的前置处理的内容是什么？

数控的前置处理有哪些阶段？

前置处理是对用数控语言所编制的源程序进行翻译、运算、刀具中心轨迹计算，输出刀位数据。

数控前置的阶段有A输入翻译阶段B轨迹计算阶段。

63．为什么要进行数控后置处理？

1.后置处理概念

o自动编程方法与手工编程不同，经过刀位计算产生的是刀位文件（CLdatafile），而不是数控程序。

因此，这时需要设法把刀位文件转换成指定数控机床能执行的数控程序，输入机床，才能进行零件的数控加工。

o把刀位文件转换成指定数控机床能执行的数控程序的过程称为后置处理（Postprocessing）。

64.数控后置处理与什么有关？

后置处理程序与具体的数控机床有关，控制系统不同，代码也不同。

七、CAD/CAE/CAPP/CAM系统集成技术

65.为什么要建立产品数据交换标准？

CAD/CAE/CAM各子系统内的数据结构及格式不相同，因而在信息传递过程中必须提供一个中性文件作为接口，以便提高各子系统之间信息传递的效率。

66.请列举一到两个CAD/CAE/CAM各子系统数据转换标准。

•目前世界上几种著名的数据交换标准:

-IGES

-STEPISO10303

•IGES是InitialGraphicsExchangeSpecification（数据交换规范）的缩写。

它由美国国家标准协会（ANSl）公布的美国标准。

•IGES是以ASCII码表示的一种中性文件，记录长度为80个字符的顺序文什。

整个文件按功能划分为5个部分：

起始段、全程段、目录段、参数段和结束段。

•STEP是一个计算机可以处理的产品数据表示和交换的国际标准：

目标是提供一个不依赖于任何具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测试等必要的信息定义和数据交换的外部描述．因而STEP是基于集成的产品信息模型。