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计算机辅助工程思考题2007

高伟强编写整理

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．机电产品开发一般流程。

概念设计—总体设计—零部件设计—工艺设计开发—模具设计、制造

夹具设计、制造—

装备设计、制造

零部件制造，发外加工、外购；—装备—销售

生产过程管理及控制校验及售后服务

3．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）

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

4．CAD/CAE/CAM技术在制造技术中的地位和作用?

地位：

因为它推动了几乎一切领域的设计革命，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过程的技术管理方式．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、在统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。

CAD/CAE/CAM系统的应用极大提高产品质量，加速产品开发，缩短从设计到生产的周期，缩短了产品的上市周期，实现产品设计的自动化，使设计人员从繁琐的绘图中解放出来，集中精力进行创造性的劳动。

有利于发挥设计人员的创造性，将其从大量繁琐的重复劳动中解放出来，集中精力进行创造性的劳动。

减少了设计、计算、制图、制表所需的时间，缩短了设计周期。

可以从多方案中进行分析、比较、选出最佳方案，有利于实现设计方案的优化。

有利于实现产品的标准化、通用化和系列化。

缩短了产品从设计到生产的周期，缩短了产品的上市周期，提高了产品的质量。

有利于提高产品设计自动化、生产过程自动化的水平，最大幅度地获得满足客户需求的产品，有利于企业提高应变能力和市场竞争力。

CAD、CAE、CAM的一体化，使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体，通过信息的集成，在经济上、技术上给企业带来综合效益。

5．CAD/CAE/CAM技术的发展趋势？

P17

参数化：

参数化能够极大地提高机械设计效率。

智能化：

现有的计算机辅助设计系统智能化程度越来越高，原来烦琐的操作逐渐由计算机智能化地进行处理

三维化：

随着三维图形技术的发展，在计算机内部相应的三维实体模型能够更直观，更全面地反映设计意图。

集成化：

集成就是向企业提供一体化的解决方案

网络化：

工业企业的实际生产管理过程是一个由产品规划，产品设计，性能测试，工艺准备，主体零部件生产，标准件及特种件外购，产品组装及检验，产品销售及服务等方面集体协作，分散集中，不断反馈的信息流网络

标准化：

随着CAD/CAE/CAM系统的集成和网络化，只能各种产品设计，评测和数据交换标准势在必行。

6．CAD/CAE/CAM系统的组成和要求？

P10

硬件系统：

主机外存储器输入设备输出设备NC机床

软件系统：

系统软件支撑软件应用软件

要求：

对硬件应考虑以下方面：

系统功能系统的开放性与可移植性系统升级扩展能力系统的可靠性，可维护性与服务质量

对软件一般应考虑：

软件性能价格比与硬件匹配二次开发环境开放性软件商的综合能力

7．CAD系统的坐标系及其定义？

世界坐标系（WorldCoordinateSystem,WC）

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。

设备坐标系（DevicesCoordinateSystem,DC）

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。

规格化坐标系（NormalizedDevicesCoordinateSystem,NDC）

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

观察坐标系（ViewingCoordinateSystem,VC）

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

8．有哪些经典视图？

平行视图和透视视图的特点是什么？

前视图、斜视图、等角投影、三点透视、单点透视

9．视图中三个基本要素是什么？

10．CAD图形基木变换包括哪些类型？

答:

有图形的比例缩放、错切、旋转、平移、投影、透视。

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

复合变换：

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

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

15．B閦ier曲线、B-Spline曲线、NURBS曲线的特点？

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

17．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。

18．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）

19．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

20．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；

21.构造实体几何法（CSG）包含两部分内容是什么？

包含两部分内容：

基本体素的定义与描述；

体素之间的集合运算。

22.CAD扫描法实体造型的两个要素是什么？

扫描法实体造型需要两个要素：

被移动的形体（基体）或截面（Section）

移动该形体的轨迹（路径）（Guide）。

23．什么是特征？

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:

（1）形状特征

（2）精度特征（3）管理特征

（4）材料特征（5）分析特征（6）装配特征

（7）主特征（8）辅助特征（9）组合特征

24．特征建模与实体建模有何异同点？

共同点：

实体造型和特征造型都具有完整的几何信息、特征模型和实体模型都可以转化为曲面，特征建模和实体建模都属于造型技术。

相异点：

实体造型技术仅仅是零件的几何形状描述，只较详细地描述了物体的几何信息和相互之间的拓补关系，而这些信息缺乏明显的工程含义，即从中提取和识别工程信息是非常困难的。

特征造型通过计算机将工程图纸所要表达的产品信息抽象为特征的有机集合，它不仅构造一点的拓补关系组成的几何形状，而且反映了特点的工程语义，支持零件从设计到制造整个生命周期内各种应用所需的全部信息。

25．特征造型的过程。

a规划零件b创建基本特征c添加或去除其他辅助特征d编辑修改特征e生成工程图

26．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。

轮廓：

由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：

指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，以参数等式或不等式描述。

草图：

尺寸驱动：

指通过编辑尺寸参数数值来驱动几何形状的改变。

变量驱动：

指将所有的设计要素都视为或称变量，通过变量的修改驱动构成产品的诸要素发生改变。

27.参数化设计和变量化设计有何特点？

它们之间有何区别？

变量化和参数化技术的最大区别在于是否全约束，以何种形式来施加约束（尺寸约束还是任意约束）。

参数化造型只是通过几何参数，或用来定义这些参数的简单方程得到设计结果；变量化造型技术中，不仅考虑几何约束，同时还考虑工程关系的非几何约束，模型的变量驱动用复杂的方程来表达。

28．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。

答：

1.零部件：

组成装配的单元称为零部件。

2.基零部件：

放到装配中的第一个零部件。

3.子装配体：

当某一装配体是另一个装配体的零部件时，则称它为子装配体。

4.主模型：

一般指设计室设计人员创建的零件模型。

5.为了清楚地表达一个装配，可以将部件沿其装配的路线拉开，形成所谓的爆炸图。

29．装配造型约束技术：

约束的内容和方法。

答：

内容：

重合、平行、垂直、相切、同轴心、距离、角度等。

方法：

自下而上的设计方法和自上而下的设计方法。

30．装配造型的方法：

自上向下和自下向上的装配造型方法的特点和区别。

答：

自上而下：

特点：

零部件是独立设计的。

它们的相互关系及重建行为比较简单。

自下而上：

特点：

通过申明各个子装配或零件的空间位置和体积，设定全局性的关键参数，来进一步发挥参数化设计的优越性，使得各个装配部件之间的关系变得更加密切。

区别：

1.自下向上的设计方法是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。

而自上向下的设计方法是由产品装配体开始，并逐级逐层向下进行设计的装配造型方法。

2自下而上的设计方法多用在产品系列化设计中，而自上而下的设计方法则多用在创新性设计中。

31．工程图的图纸设置包括哪些内容？

1图幅的建立

2比例

3字体、线型

4单位

5标准

32．工程图的视图种类有哪些？

1基本视图：

主视图，俯视图，左视图，右视图，仰视图，后视图

2斜视图

3局部视图

4旋转视图

5轴测图

6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

33．工程图的尺寸、公差标注类型。

工程图的尺寸：

无尺寸界线尺寸、有尺寸界线尺寸、串联尺寸、直径尺寸、半径尺寸、角度尺寸、圆弧长尺寸、倒角尺寸、对称尺寸等几类。

公差标注类型：

全公差标注　极限偏差标注　极限值标注　公差带标注

34．装配图与零件图的标注有何不同？

1.装配关系标注

2.明细栏与BOM表

3.零件序号旁注

35．CAE的内容通常包括哪些内容？

１-有限元法技术

２-优化设计

３-仿真技术

４-可靠性设计等方面。

36．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？

1）解析法和数值法

2）有限元法（FEM）

3）边界元法（BEM）

4）有限差分法（FDM）

后三种的共同点是结构的离散化

37．有限元分析的基本原理？

（1）假想将连续的结构分割（离散）成数目有限的小块体，称为有限单元，各单元之间仅在有限个指定结合点处相连接．

（2）用组成单元的集合体近似代替原来的结构，在节点上引入等效节点力以代替实际作用在单元上的载荷。

（3）对每个单元，选择一个简单的函数来近似表达单元位移分量的分布规律，并按弹性力学中的变分原理建立单元节点力与节点位移（速度、加速度）的关系（质量、阻尼和刚度矩阵）.

（4）把所有单元的这种关系集合起来，就可以得到以节点位移为基本未知量的力学方程。

给定初始条件和边界条件，就可求解力学方程。

38．有限元分析的前处理包括哪些内容?

生成几何实体

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

39．有限元分析的后处理包括哪些内容？

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。

40．您知道有哪些国际上知名的有限元分析系统？

ANSYS;MCSNASTRAN;NXNASTRAN;HYPERWORK

41．Ansys系统主要有哪些功能？

答：

1结构分析2高度非线性瞬态动力分析3热分析4电磁场分析5流体动力学分析6声学分析7压电分析8多场耦合分析9优化设计及设计灵敏度分析10二次开发功能

42．优化设计要解决的关键问题主要有哪些？

答：

一是建立优化设计数学模型，即确定优化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。

43．什么是物理仿真？

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。

44．可靠性设计的基本理论是什么？

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。

45．产品的可靠性一般可分为哪两类？

可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性

46．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

47．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。

48．常见的机械加工工艺文件卡有哪些？

它们的特点是什么？

49．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。

50．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

51．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）

52 成组技术零件分类成组的方法有那些？

（P207）

零件分组的方法主要有：

检视法、生产流程分析法、特征编码分类法等。

53 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。

 54．创成式CAPP的工作原理和过程？

答：

当向CAPP系统输入零件信息后，首先分析组成零件的各种几何特征，然后从数据库中找出与这些特征相对应的加工方法，加工顺序及加工参数等，通过逻辑决策模拟仿工艺师的决策过程，自动生成这个零件的工艺路线及工序，并输出工艺文件。

55．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。

56．CAM的核心是什么？

答：

数控技术。

57．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。

58．编程原点、数控加工的对刀点及编程坐标系的关系？

编程坐标系是指在数控编程时,在工件上确定的基准坐标系,其原点也是数控加工的对刀点。

59．编程原点的选择原则？

原点也是数控加工的对刀点，编程原点选择原则如下：

-所选的编程原点应使程序编制简单；

-编程原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置；

-引起的加工误差小；

60.合理的走刀路线的基本原则是：

（1）尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率；

（2）保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；

（3）有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。

61．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。

62．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

63．数控铣削加工常用的刀具有哪些？

它们的特点和应用

64．常用的刀具轨迹计算方法有哪些？

1、手工计算刀具运动轨迹

2、通过CAD/CAM集成编程自动生成刀具运动轨迹

65．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。

66．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）。

67.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。

68.UGNX4.0操作界面组成（菜单区、图形区、提示行CueLine、资源条ResourceBar）。

操作界面由版本号、文件名、菜单栏、工具栏、状态栏、绘图工作区、资源栏、提示行等组成。

69UGNX4.0文件操作：

New、Open、Save、Saveas、Import/Export等

做不了

70．UGNX4.0图层的定义和操作

图层的定义：

一个图层相当于一张透明的薄纸，用户可以在它上面绘制任意数目的对象。

UG4.0为每个部件提供了256个