机械CADCAM技术自学指导书.docx
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机械CADCAM技术自学指导书
《机械CAD/CAM技术》自学指导书
一、课程编码及适用专业
课程编码：
适用专业：
机械设计制造及其自动化（函授本科）
二、课程性质
《机械CAD/CAM技术》是机械制造与自动化专业的一门专业必修课，该课程是为了培养学生进行计算机辅助设计、制造及工艺分析等能力而开设的。
本课程介绍计算机辅助设计与制造的基本理论，使用典型CAD与CAM软件进行机械类典型零部件的设计与制造。
它也是先进制造技术的重要技术基础。
三、本课程的地位和作用
CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）技术是随着计算机和数字化信息技术发展而形成的新技术，是20世纪最杰出的工程成就之一，也是数字化、信息化制造技术的基础，其发展和应用对制造业产生了巨大的影响和推动作用。
现今不仅CAD/CAM本身已形成规模庞大的产业，而且为制造业带来了巨大的社会效益和经济效益。
进入二十一世纪，我国逐步成为世界的制造业中心，需要大批制造技术应用人才，帮助学习和掌握CAD/CAM的原理、方法与技术，提高机械工程专业人才培养质量，适应形势的发展和社会需要，是实现机械类应用型人才培养的重要环节。
本课程主要面向机械设计制造及其自动化专业，同时也适合机械电子工程专业和金属材料成形与控制专业相关课程教学。
对于提高产品性能、改进产品质量、提高设计效率，都是具有重要作用的。
四、学习目的和要求
本课程的教学目的是：
使学生具备高等职业技术人员所必须的思想认识水平、思维方式、职业道德，掌握CAD/CAM的基本知识和基本技能。
要求在知识方面：
建立CAD/CAM的基本概念；掌握基本的CAD建模方法；掌握基本的CAM流程、处理操作流程等主要容。
在能力方面：
能熟练地运用CAD类软件完成一般复杂程度的机械零部件三维CAD实体建模、虚拟装配及工程图；能熟练地运用CAM类软件完成一般复杂程度的机械零部件的CAM编程及加工仿真；能掌握不同的软件系统之间数据转换的方法。
在德育方面：
初步具备辨证思维的能力；具有爱岗敬业的思想，实事的工作作风和创新意识；增强职业道德的意识；增强密切联系工程实践的能力。
五、本课程的学习方法
为了学好本课程，首先要具有正确的学习目的和态度。
在学习中要刻苦钻研、踏踏实实、虚心求教、持之以恒。
在学习时要抓住基本原理，常用方法，基本步骤这一主线；要理解问题是如何提出和引申的，又是怎样解决和应用的；要注意各部分容之间的联系，前后是如何呼应的。
通过习题可以巩固和加深对所学理论的理解，并培养分析能力和运算能力，所以应按要求完成布置的作业题。
除学习规定教材外，应参阅相关的参考书。
六、自学容与指导
第一章概述
（一）本章重点
1.CAD/CAM基本定义和包含的容
2.研究容和发展概况
3.采用CAD/CAM技术的意义
4.CAD/CAM系统功能、任务和工作过程
（二）本章考点
1.CAD、CAM、CAE的定义、包含的容
2.为什么要使用CAD/CAM技术
3.CAD/CAM系统功能
（三）自学指导
1. 通过举例分析，引入产品周期的概念（例如机床或其他产品）
2结合产品周期图分析产品周期中的设计和制造的各个部分的功能
3.分析产品周期的设计和制造的各个部分利用计算机的可能性，从而引出CAD、CAM、CAE的概念
4．介绍CAD、CAM、CAE的定义、包含的容
5．通过CADCAM信息的共享，引入集成的概念
6．通过分析一个设计和制造集成系统（通过一个共用数据库实现集成）的工作过程使学生了解CAD/CAM系统的工作过程和功能（ASCENARIO）
7．介绍一个用PRO/Engineering软件实现手机外壳的设计和制造的过程包括：
三维造型、有限元分析、快速原型制作技术、及外壳模具的设计和加工仿真过程，使学生不仅了解CAD/CAM系统的工作过程也了解其发展现状。
8．总结以下问题，为今后讲解CAD/CAM相关技术做准备
什么是CAD/CAM？
为什么要使用CAD/CAM技术？
如何实现CAD/CAM？
（how）。
（四）习题
1、CAD/CAM由和两部分组成。
2、CAD/CAM系统集成包括、与三方面。
3、解释:
CAD/CAM：
CAPP：
4、CAD/CAM系统的主要任务？
5、阐述CAD/CAM的发展趋势？
第二章机械CAD/CAM常用的数据结构
（一）本章重点
1.软件工程的基本概念
2.软件开发的一般步骤
3.数据结构（逻辑结构和物理结构）
4.数据库原理
5.和DBMS系统
（二）本章考点
1．软件开发的一般步骤
2．数据结构（逻辑结构和物理结构
3．树结构
（三）自学指导
1.首先从软件开发的演化过程（个人编程时代、软件作坊时代、软件工程时代）分析入手，引出软件危机的概念；
2.再讨论解决危机的软件工程的思维方法和软件开发的一般步骤；
3. 举例说明现实世界中数据之间的相互联系,并分析计算机中的数据存储特点,引出数据结构的概念；
4.讲解数据的逻辑结构和物理结构；
5.举例说明数据管理的作用和意义,分析数据管理的不同方法和特点,引出数据库的概念；
6.讲解数据库的原理和DBMS系统。
（四）习题
1、一切描述客观事物并能被计算机接受和处理的符号集合叫。
2、链表的存储单元可以连续也可以不连续，其机构形式主要有、
、和三种。
3、以下结构形式和连接类似的是。
A.总线型拓扑B.星型拓扑C.环型拓扑D.网状拓扑
4、CAD/CAM系统集成方案的种类？
第三章计算机辅助图形处理
（一）本章重点
1.图形软件的类型和功能
2.绘图程序的基本设计方法
3.图形软件标准
4.图形变换（窗视变换、二维图形和三维图形的几何变换）
（二）本章难点
1.绘图程序的基本设计方法，
2.图形软件标准和意义、图形变换的原理和方法
（三）本章考点
1.二维图形和三维图形的几何变换
2.隐藏线与隐藏面的处理
3.图形生成方法
（四）自学指导
1. 从学生较熟悉的软件AUTOCAD和高级语言入手,分析计算机绘图方法，引出基本绘图指令软件、图形支持软件和专用图形软件的概念，
2. 讲解基本绘图指令软件、图形支持软件和专用图形软件绘图过程；
3. 举例讲解绘图程序的基本设计方法（参数化法绘图程序设计、图元拼合法、和尺寸驱动法的设计原理）
4. 通过分析现实世界当中三维物体的形状、计算机中的显示方法、和绘图的过程要求，引出窗口、视区的概念；
5. 讲解窗视变换的意义和方法
6. 通过对绘图系统的要求分析引出图形变换的概念；
7. 介绍二维图形和三维图形的几何变换的方法
8. 分析市场上CAD软件产品的多样性、与CAPP的联系，引出图形数据交换标准的概念；
9. 介绍图形数据交换标准（IGES、PDESSTEP）
（五）习题
1、在机械CAD/CAM研究对象中用，来表达面与面、顶点与顶点等之间的连接关系。
2、在数据结构中把描述一个对象的数据称为。
A.数据项B.数据文件C.记录D.线性结构
3、开窗口定义？
第四章几何建模及特征建模
（一）本章重点
1.建模概念与几何建模
2.线框建模、曲面建模、
3.实体建模、特征建模
（二）本章难点
1.CAD/CAM集成对建模的基本要求
2.线框建模、曲面建模原理
3.特征建模特点和作用
（三）本章考点
1.CAD/CAM集成对建模的基本要求
2.实体建模原理
（四）自学指导
1．分析现实世界中三维物体的形状几何信息和拓扑信息；
2．分析数据在计算机中的存储方式，数据关联模型的对应关系；
3．介绍线框建模的定义原理和方法；
4．线框建模的数据结构；线框建模适用的围；
5.通过分析线框建模的特点和数据结构，指出这种方法对面的信息描述的不足；
6.介绍表面建模的定义原理和方法，表面建模的数据结构，与线框建模的数据结构作比较；
7.强调表面建模适用的围；
8.讲述实体的生成方法（体素法、扫描法等），基本体素的定义基本体素间的集合运算，举例说明利用基本体素拼和实体的过程，通过举例说明某些物体的表面形状难以用基本体素拼和实体,引出扫描的概念，举例说明用扫描法生成实体的过程
（五）习题
1、对于现实世界中的物体，从人们的想象出发，到完成它的计算机部表示这一过程称为。
2、CAD/CAM的建模技术主要包括和技术。
3、用于存放非线性具有分支结构的数据结构叫。
A.树B.对列C.数组D.支
4、CAD/CAM集成对建模的基本要求？
第五章计算机辅助设计
（一）本章重点
1.计算机辅助设计特点和含义
2.设计资料的程序处理
3.数据库系统简介
4.参数化绘图与尺寸驱动开发技术
5.机械CAN应用软件的开发方法
（二）本章难点
1.数据库系统、工程数据库系统
2.参数设计的几种方法
3.机械CAD的开发方法
（三）本章考点
1.数据模型种类
2.工程数据库管理系统与传统数据库系统的区别和特点
3.常用的CAD软件
（四）自学指导
1.在传统的机械设计特点入手认识计算机辅助设计的含义，可以快速方便、高效高质、低成本的完成整个产品人物的现代化设计技术，它弥补了传统设计的不足，把常规的设计原理、计算机技术、现代设计方法等有机的结合在一起。
2.CAD技术要求计算机在设计时把一些规、标准自动的检索出，这是需要将数表、线图、公式等形式进行程序处理。
3.CAD就是计算机对各类设计数据处理的过程，数据库系统是由数据库、数据管理系统、数据应用程序及支持数据库管理系统的操作系统组成。
4.目前参数化技术和变量化技术都在不断的丰富和完善自身，对于机构形式基本固定而结构参数变化的产品，利用参数化设计可以提高产品的设计效率，减少重复劳动。
5.CAD的应用软件是在系统软件、支持软件的基础上，针对某一专一的产品或行业的用途研制的软件，要保证应用软件的先进性和开发的高效性，一般都是在这次支撑软件的基础上进行二次开发。
（五）习题
1、产品数据模型主要包括、、、等。
2、CSG建模方法其实是按一定的实体进行。
3、以下变换矩阵在二维空间没有的是。
A．比例变换B.镜像变换C.错切变换D.复合变换
4、利用显示屏幕按人们的意愿选取和放大一部分画面的方法称为。
A.开窗口B.剪取C.裁剪D.缩放
第六章计算机辅助工程分析
（一）本章重点
1.有限元分析法
2.优化设计
3.计算机仿真
（二）本章难点
1.有限元法的基本思想和解法
2.常用优化设计方法和设计步骤
3.计算机仿真类型，步骤，及在CAD/CAM系统中的应用
（三）本章考点
1.有限元法的基本思想
2.常用优化设计方法
3.计算机仿真类型
（四）自学指导
1.工程分析是CAD技术的基本任务之一，主要是通过计算机利用数值分析方法进行辅助工程分析，是CAD中应用最早、卓有成效的领域之一。
2.将一般自动编程系统中对几何形状描述、加工工艺过程等的定义，用宏指令来代替，用字符串表示宏指令名，表示上述定义的若干容。
3.在CAD/CAM集成系统中，NC加工程序的生成不能用一般零件程序的形式，即将几何形状的描述、工艺过程的述机辅助功能等用相关的语句逐一定义。
4.通过以CDGTNCO系统为例了解图形图素的描述与输入
（五）习题
1、零件信息模型可分为为、和三层。
2、以下软件系统具有很强的设计制造功能。
A.I-DEASB.UGC.Pro/EngineerD.AutoCAD
3、有限元法的基本思想？
第七章计算机辅助工艺设计
（一）本章重点
1.成组技术
2.CAPP系统零件信息的描述、输出和输入
3.派生式CAPP系统和创成式CAPP系统
4.CAPP专家系统
（二）本章难点
1.成组技术的基本原理
2.CAPP系统的工作原理和基本结构
3.CAPP专家系统得工作原理
（三）本章考点
1.成组技术的基本原理与应用
2.CAPP系统的工作原理类型
（四）自学指导
1．分析传统工艺设计的方法，使学生明确工艺设计的容；并了解情况手工工艺设计的方法存在的问题， 进一步分析计算机辅助工艺设计的可能性和意义；
2.介绍成组技术极其在CAPP中的应用． 介绍开发派生式CAPP系统的步骤和方法，零件编码的方法和意义不同的编码系统介绍（LJBM、OPITZ、KK-3等 零件分类成组方法标准工艺规程设计
3． 通过学习CAPP的发展概况， 引出派生式CAPP系统的方法，开发派生式CAPP系统的步骤和方法，介绍基于上述方法开发的CAPP实例，使学生全面了解系统的原理和功能。
4.首先分析派生式CAPP系统局限性和存在的问题；再分析开发创成式CAPP系统的必要性和意义，引出创成式CAPP的概念和原理，分析开发创成式CAPP的几个难点问题所在：
零件信息的描述、建立工艺决策逻辑、工艺设计过程难以用数学模型描述的问题
5.通过实例详细讲述上述问题的涉及到的方法，零件信息的描述:
柔性编码法、型面描述法、体元素描述法和特征描法、从CAD数据库中直接获得零件信息等方法，工艺决策逻辑形式：
决策表、决策树，逆向编程原理和工序设计。
6.首先分析工艺设计的特点，和引入人工智能中专家系统技术的必要性；引入专家系统的概念。
介绍专家系统的工作原理，各部分的功能，并与传统程序的工作过程做比较，强调专家系统中知识库和推理机的相互独立性。
介绍开发CAPP专家系统涉及的方法。
零件信息的描述、工艺知识库的建立（例如加工方选择、工艺路线的确定、毛坯的选择知识库的建立）、推理机的控制策略（正向推理、反向推理方法）
7.学习CAPP专家系统的工作过程
（五）习题
1、CAPP系统工作原理类型有、、和四类。
2、计算机辅助工程分析不包括。
A.几何模型分析B.几何模型计算C.应力分析D.出图
3、解释：
FMS：
NC：
IMS：
4、优化设计的步骤？
第八章数控编成和仿真
（一）本章重点
1.数控编程
2.数控语言自动编程
3.图形交互式自动编程
4.应用MadterCAM系统进行数控加工编程
5.数控加工仿真
（二）本章难点
1.数控加工的特点
2.数控编程的指令代码
3.APT自动编程语言
4.MadterCAM的几何建模功能
（三）本章考点
1.数字控制定义
2.数控编程的步骤
3.图形交互式自动编程的基本步骤
4.加工仿真的主要容
（四）自学指导
1.数字控制是指在数控机床上使用数字编码指令对机床部件进行控制的一种方法，被广泛应用在金属切削、磨削、板料成型、管料弯曲、焊接、装配及检查等操作中。
2.图形交互编程技术通过专门的计算机软件来实现，这种编程方法具有速度快、精度高、直观性好、使用简便、便于检查等优点，目前已成为国外先进的CAD/CAM软件普遍采用的数控编程方法。
3.数控语言是一套规定好的基本符号和由基本符号描述零件加工程序的规则。
4.MadterCAM是一套适用性相当广泛的CAD/CAM系统，为了适用各种数控系统的机床加工，MadterCAM系统本身提供了百余种后置处理PST程序，即将通用的刀具轨迹文件NCI转换成特定的数控系统编程指令格式的NC程序。
（五）习题
1、数控系统主要由和两种类型。
2、柔性制造系统有、、和组成。
3、以下仿真类型是根据适用模型不同分的是。
A.模拟仿真B.数字仿真C.数学仿真D.混合仿真
4、阐述一下你对计算机集成制造系统CIMS的理解
七、自学进度及各章节学时安排
自学周数8周，每周保证不少于16～20学时，总计140学时。
在自学过程中，除了保证时间外一定要做练习，独立完成布置的作业分两次寄回学校。
最好将各章后面的有关习题及所介绍参考书上的有关习题也做一下。
只有通过练习才能达到对所学容理解、消化的目的，进而掌握它。
习题参考答案
第一章概述
1、硬件系统、软件系统
2、硬件集成、CAD系统网络与CAD网络互联、信息集成
3、CAD/CAM：
计算机辅助设计/制造
CAPP：
计算机辅助工艺规程设计
4、1）.几何造型；2）计算机分析；3）工程分析；4）结构分析；
5）优化设计；6）计算机辅助工艺规程设计；7）NC自动编程；
8）模拟仿真；9）工程数据管理；10）特征造型
5、1）向CAD/CAM系统的集成化方向发展
包括：
人员集成、信息集成、功能集成、技术集成、
2）向CAD/CAM智能化方向发展
3）向CAD/CAM网络化方向发展
4）并行工程
5）面向先进制造技术的CAD技术的发展
6）虚拟设计技术
第二章机械CAD/CAM常用的数据结构
1、数据
2、单项链表、双向链表、循环链表
3、B.星型拓扑
4、1）通过专用数据接口实现集成
2）利用标准格式接口文件实现集成
3）基于统一产品模型和数据库的集成
4）基于产品数据管理的系统集成
5）基于特征方法的系统集成
6）面向并行工程的系统集成
第三章计算机辅助图形处理
1、拓扑
2、C.记录
3、利用显示屏幕按人们的遗愿选择取和放大一部分画面的方法称为开窗口。
第四章几何建模及特征建模
1、建模
2、几何建模、特征建模
3、A.树
4、1）建模系统应具备信息描述的完整性
2）建模技术应贯穿产品生命周期的整个过程
3）建模技术应为企业信息集成创造条件
第五章计算机辅助设计
1、线框模型、实体模型、表面模型、特征模型
2、布尔运算
3、D.复合变换
4、A.开窗口
第六章计算机辅助工程分析
1、零件层、特征层、几何层
2、B.UG
3、先把一个原来是连续的事物剖分成有限个单元，而且他们相互联系在有限个节点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件进行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组合起来，成为一个组合体，再综合求解。
第七章计算机辅助工艺设计
1、派生式、创成式、混合式、专家系统
2、D.出图
3、FMS：
柔性制造系统NC：
计算机数字控制IMS：
智能制造系统
4、1）分析设计问题，建立优化设计数学模型
2）选择优化设计
3）编写计算机程序
4）上机验算
5）方案的评价与决策
第八章数控编成和仿真
1、点位控制、轮廓控制
2、对工位数控加工系统、自动化的物料储运系统、计算机控制的信息系统
3、C.数学仿真
4、
1）CIMS是一种组织、管理与运行企业的生产哲理，其宗旨是使企业的产品高质量、低成本、上市快、服务好、环境清洁，使企业提高柔性、健壮性、敏捷性以适应市场变化，进而使企业赢得市场竞争的主动权。
2）企业生产的各个环节，即市场分析、经营决策、管理、产品设计、工艺规则、加工制造、销售等全部活动过程是一个不可分割的有机整体，进行实现全局的集成优化。
3）企业生产过程的要素包括人、组织、技术及经营管理。
4）企业生产活动中包括信息流、物流及价值流等三大部分。
5）CIMS技术是基于传统制造技术、信息技术、管理技术、自动化技术、系统工程技术的一门综合性技术。
6）CIMS的主要特征是“四化”-----计算机化、信息化、智能化和集成化。
7）CIMS的哲理及有关技术不仅适用于离散型制造业，而且还适用于流程及混合制造业。
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