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CAD-CAM 复习思考题


1、CAD、CAPP、CAE、CAM 基本概念。 CAD 即计算机辅助设计(Computer Aided Design) ,是指工程技术人员以计算机为工具,对产品和 工程进行设计建模、计算分析、绘图表达并编写技术文档的过程。 CAPP 即计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning) ,是指利用计算机来制定零件加 工工艺的方法和过程。 CAE

即计算机辅助工程(Computer Aided Engineering) ,对设计做分析和运行仿真,以确定它对设 计规则的遵循程度和性能特征。 CAM 即计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing),是指应用计算机技术监控产品生产制造过 程,从而实现生产自动化,降低人力物力和成本。 2、CAD/CAM 系统主要任务。 CAD/CAM 系统之主要任务是对产品设计、 制造全过程的信息进行处理。 这些信息主要包括设计、 制造中的数值计算、设计分析、工程绘图、几何建模、机构分析、计算分析、有限元分析、优化分析、 系统动态分析、测试分析、CAPP、工程数据库的管理、数控编程、加工仿真等各个方面, 主要任务:几何建模、工程绘图、计算分析、优化设计、有限元分析 、计算机辅助工艺设计、数控 编程、动态仿真 、计算机辅助测试技术、 工程数据管理 。 3、CAD/CAM 系统的软件类型层次与关系。 根据执行任务和处理对象的不同可分为:系统软件. 支撑软件及专业性应用软件三个不同的层次。 各种支撑软件及应用软件都是在系统软件的基础上开发的, 支撑软件是各种应用软件的工具和基础, 专 业性应用软件则是根据用户的具体要求在支撑软件的基础上经过二次开发的专用软件。 4、△P1P2P3 的定点坐标为(10,20) 、 (20,20)及(15,30) ,要求此三角形绕点(5,25)做二维旋转变 换,旋转角度为逆时针 30°,求出该矩阵组合变换的矩阵。 [T]= [ ] [ ] [ ]=

=

5、常用的建模方式及其特点。http://course.cug.edu.cn/21cn/CADCAM/c5/5-3-1.htm 线框建模:利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。 特点:所需信息最少,数据运算简单,所占存贮空间较小,硬件的要求不高,容易掌握,处理时间短。 所构造的实体模型,只有离散的边,而没有边与边的关系,由于信息表达不完整,会对物体形状的判断 产生多义性。 表面建模:将物体分解成组成物体的表面、边线和顶点,用顶点、边线和表面的有限集合来表示和 建立物体的计算机内部模型。 特点:表达了零件表面和边界定义的数据信息,有助于对零件进行渲染等处理,有助于系统直接提取有 关面的信息生成数控加工指令。 在物体性能计算方面, 表面建模中面信息的存在有助于对物性方面与面 积有关的特征计算, 同时对于封闭的零件来说, 采用扫描等方法也可实现对零件进行与体积等物理性能 有关的特征计算。 实体建模: 利用实体生成方法产生实体初始模型,通过几何的逻辑运算,来形成复杂实体模型。 特点:覆盖一个三维立体的表面与其实体同时生成。 特征建模: 一种建立在实体建模的基础上, 利用特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行

设计的建模方法,它不仅包含与生产有关的信息,而且还能描述这些信息之间的关系。 特点: ①着眼于更好地表达产品的完整信息,为建立产品的集成信息模型服务;②有助于加强铲平设 计、分析、工艺准备、加工、检验跟部门之间的联系,更好地将产品的设计意图贯彻到后续环节,并及 时得到后者的反馈信息; ③有利于推动一个行业或专业产品设计, 有利于从产品设计中提炼出规律性知 识及规则,促进产品智能化设计和制造的实现。 6、论述特征建模的定义、方法和特点。 特征建模(Feature-based Modeling)是一种建立在实体建模的基础上,利用特征的概念面向整个 产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法, 它不仅包含与生产有关的信息, 而且还能描述这些信息 之间的关系。 特征建模方法: ①交互式特征定义。利用现有的实体建模系统建立产品的几何模型,由用户进入特征定义系统,通 过图形交互拾取,在已有实体模型上定义特征特征几何所需要的几何要素,并将特征参数或精度、技术 要求、材料热处理等信息,作为属性添加到特征模型中。 ②特征自动识别。 将设计的试题几何模型与系统内部预先定义特征库中的特征进行自动比较,确 定特征的具体类型及其他信息。形成实体的特征建模。 ③基于特征设计。利用系统内已预定义的特征库对产品进行特征造型或特征建模。 特征建模的特点: (1)使产品的设计工作不停留在底层的几何信息基础上,而是依据产品的功能要素,产品设计工 作在更高的层次上展开,特征的引用直接体现设计意图。 (2)特征建模技术可以建立在二维或三维平台上,同时针对某些专业应用领域的需要,建立特征 库就可实现特征建模技术,快速生成需要的形体。 (3)特征建模技术有利于推动行业内的产品设计和工艺方法的标准化、系列化、规范化,使得产 品在设计时就考虑加工、制造要求,有利于降低产品的成本。 (4)特征建模技术提供了基于产品、制造环境、开发者意志等诸方面的综合信息,是产品的设计、 分析、 工艺准备、 加工、 检验各部门之间具有了共同语言, 可更好将产品的设计意图贯彻到各后续环节, 促 进 智 能 CAD 系 统 和 智 能 制 造 系 统 的 开 发 , 特 征 建 模 技 术 也 是 基 于 统 一 产 品 信 息 模 型 的 CAD/CAM/CAPP 集成系统的基础条件。 (5)特征建模技术着眼于更好、更完整地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多 阶段的信息,着眼于建立 CAD 系统与 CAX 系统、MRP 系统与 ERP 系统的集成化产品信息平台。 7、计算机辅助工程的作用。 CAE 的作用是:在三维实体建模的基础上,从产品的方案设计阶段开始,按照实际使用的条件进 行模拟和仿真, 对产品性能与安全可靠性要求进行结构分析, 对其未来的工作状态和运行状态进行模拟, 修改并证实产品性能的可靠性。 8、有限元法的基本原理。 有限元的基本思想是: 把形状复杂的连续体离散化成有限个单元, 且它们相互连接在有限个节点上, 承受等效的节点载荷, 然后根据平衡条件和精度要求用有限个参数来描述单元的力学或其他特性, 连续 体的特性就是全部单元体特性的叠加:根据单元体之间的协调条件,可以建立方程组,联立求解就可以 得到所求的参数特征。 9、建立优化设计数学模型的一般过程。 (1) 分析实际问题,选定设计变量 (2) 根据特定目标,建立目标函数 (3) 确定约束条件; (4) 选定优化算法 (5) 优化结果的分析与处理

10、虚拟样机的基本概念,举例说明计算机仿真的意义。 虚拟样机 VP(Virtual Prototype) ,是一种计算机模型,它能够反映实际产品的特性,包括外观、 空间关系以及运动学和动力学特性。借助于这项技术,设计师可以在计算机上建立机械系统模型,伴之 以三维可视化处理,模拟在真实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简和优化系统 举例: ……,应用虚拟样机技术,可以使产品的设计者、使用者和制造者在产品研制的早期,在 虚拟环境中直观形象对虚拟的产品原型进行优化设计、性能测试、制造仿真和使用仿真,能启迪设计创 新、提高设计质量、减少设计错误、加快产品开发周期。 11、CAPP 系统按工作原理可分为几种类型,各类型有何特点? (1)交互式 CAPP 系统 采用人机对话的方式,基于标准工步、典型工序进行工艺设计,工艺规程的 设计质量对人的依赖性很大,工艺人员是工艺决策的主体。 (2)派生式 CAPP 系统 检索预置的零件工艺规程,实现零件工艺设计的借签与编辑,系统结构简 单、容易建立、性能可靠、理论成熟且便于维护与使用。 (3)创成式 CAPP 系统 能够保证像是两件工艺的高度相似性和相同零件的高度一致性,能设计出 新零件的工艺规程,有很大的柔性,还可以与 CAD 系统以及自动化加工系统相连接,实现 CAD/CAM 一体化。 (4)综合式 CAPP 系统 兼顾了派生式 CAPP 系统和创成式 CAPP 系统两者的有点,克服了各自的 不足,既具有系统的间接性,又具有系统的快捷和灵活性与很强的实际应用性。 (5)智能型 CAPP 系统 将人工智能技术应用在 CAPP 系统中,以知识库加推理机为特征。 12、描绘出 CAD/CAM 集成系统框架图。

13、论述常用产品数据交换标准及其特点。 (1)初试图形交换规范 IGES (Initial Graphics Exchange Specification),它由一系列产品的几何、 绘 图、结构和其它信息组成,可以处理 CAD/CAM 系统中大部分信息,是用来定义产品几何形状的现代 交互图形系统。 IGES 标准是在 CAD 领域应用最广泛,也是最成熟的标准。几乎在市场上所有 CAD 软件 都提供 IGES 接口。 它的特点是数据格式相对简单, 如果使用 IGES 接口进行数据交换所得到 结 果发现有问题时,用户对结果进行修补较为容易。 (2)产品模型数据交换标准 STEP(Standard for the Exchange of Product model data) ,它建立于 EXPRESS 语言之上,能拓展到任何工业。EXPRESS 语言除数据结构外还描述约束。一致性准则将防

止二义性;可用于产品数据的长期存档;STEP 为以 CAD/CAM 信息集成提供了一整套方法和理论, 其中包括模型描述方法和语言、集成信息资源、应用协议的开发、一致性测试方法论以及实现数据交换 三种模式。 (3)STL(Surface Triangle List)格式文件是一种实体表面的三角形进行 CAD 数据交换的文件。在 STL 文件中,实体表面的所有三角面片被无序的列出,不存在任何拓扑信息可以利用 STL 格式文件开 发用户的基于实体的应用系统,从 STL 文件生成数控加工代码,生成有限元网格、进行图形仿真等。 (4)数据交换规范标准 SET(Standard Exchange Transfer)是法国宇航公司于 1984 年制定的目标与 IGES 相当的数据交换标准, 并成为法国国家标准, 与 IGES 明显不同的是 SET 采用更紧凑的存储形式, 运行效率高,灵活并易于扩展。 14、构建一个基于 PDM 的 CAD/CAM 集成系统。 基于 PDM 平台 CAD/CAM 系统集成模式 : (1)应用封装 包括应用工具以及由其产生文件的封装,例如:在 PDM 系统中可启动封装后二维 CAD 系统,进行图形修改。特点:集成简单方便,易于实现,只能满足文件整体的应用集成。 (2)接口交换 是将共享的数据模型抽取出来,将其定义到 PDM 整体模型中去,例如:三维 CAD 系统与 PDM 建立交换后,其产品结构树将保持一致。特点:难度大大高于应用封装,要了解两者组织 结构。 (3)紧密集成 允许两者互相调用有关服务,执行相关的操作,实现真正的一体化,要求建立互动的 共享信息模型,一方创建或修改时,另一方面能跟之随动。特点:难度最大,取决于双方的开放性,如 EDS 公司的 UGII 和 IMAN 集成。 基于 PDM 的 CAD/CAM 集成

CAD 与 PDM 的集成:CAD 与 PDM 的应用封装:解决 CAD 产生的文档管理问题。CAD 与 PDM 之 间的紧密集成:建立共享产品数据模型,实现互操作,保证 CAD 中与 PDM 中的修改的互动性和一致 性。 CAM 与 PDM 系统间信息交换:刀位文件、NC 代码、产品模型等文档。CAM 与 PDM 之间采用封 装瞒住信息集成要求。 基于 PDM 平台的 CAD/CAM 集成系统体系结构

PDM 与 CAD/CAPP/CAM 集成信息流

15、论述 CIMS 系统主要功能及其相互关系。 CIMS 系统主要功能包括四个功能分系统与两个支撑系统: ①经营管理功能, 通过对经营信息及管理控制层的业务性信息进行管理, 来控制和协调企业的生产活动。 ②工程设计自动化,用以支持产品的设计和工艺准备。 ③生产制造自动化,用以支持企业的制造功能。 ④质量保证自动化,用以控制产品质量。 此外,计算机网络系统,用以实现 CIMS 的数据传递和系统通信功能,满足各功能分系统对网络支持服 务的不同要求。数据库系统,用以实现 CIMS 的数据实现数据共享和信息集成。

制造型企业 CIMS 的组成是上述功能结构企业中的具体化,四方面功能中包括一些功能模块。 ①管理信息分系统(Management Information System, MIS)包括经营管理、生产计划与控制、采购管理、 财务管理等功能,与 MRPⅡ系统相似。 ②技术信息分系统包括计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD) 、计算机辅助工艺规程编制 (Computer Aided Process Planning, CAPP)和数控程序编制(Numerical Control Programmed, NCP)等 功能,用以支持产品的设计和工艺准备,处理有关产品结构方面的信息。 ③制造自动化分系统。 制造自动化分系统也可称为计算机辅助制造 (Computer Aided Manufacture, CAM) 分系统, 它包括各种不同自动化程度的制造设备和子系统, 如数控机床, 柔性制造单元, 柔性制造系统、 装配系统、进货管理系统、运输管理系统、设备维修系统等,用来实现信息流对物流的控制和完成物流 的转换。它是信流和物流的接合部,用来支持企业的制造功能。 ④计算机辅助质量管理分系统。计算机辅助质量管理(Computer Aided Quality Control, CAQ)分系统具 有制定质量管理计划,实施质量管理、处理质量方面信息、支持质量保证等功能。 16、实现 CIMS 的主要关键技术有哪些? CIMS 的关键技术有如下方面: (1)信息传输技术 信息传输是实现 CIMS 的关键和先决条件。 (2)产品数据集成模型 产品设计与制造是 CIMS 的核心。 (3)生产系统管理技术 (4)底层自动化技术


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