综合项目工程机械CADCAM课后习题答案.doc

第一章 概述1简述产品设计制造普通过程。答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中信息解决系统，它重要研究对象描述、系统分析、方案优化、计算分析、工艺设计、仿真模仿、NC编程以及图形解决等理论和工程办法，输入是产品设计规定，输出是零件制造加工信息。2简述CAD/CAM技术概念、狭义和广义CAD/CAM技术区别与联系。答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基本，综共计算机科学与工程、计算机几何、机械设计、机械加工工艺、人机工程、控制理论、电子技术等学科知识，以工程应用为对象，实现涉及二维绘图设计、三维几何造型设计、工程计算分析与优化设计、数控加工编程、仿真模仿、信息存贮与管理等有关功能。区别：广义CAD/CAM技术，是指运用计算机辅助技术进行产品设计与制造整个过程，及与之直接和间接有关活动；狭义CAD/CAM技术，是指运用CAD/CAM系统进行产品造型、计算分析和数控程序编制联系：广义CAD/CAM技术包容狭义CAD/CAM技术3老式设计制造过程与应用CAD/CAM技术进行设计制造过程有何区别与联系？答：区别：老式设计与制造方式是以技术人员为中心展开，产品及其零件在加工过程中所处状态，设计、工艺、制造、设备等环节延续与保持等，都是由人工进行检测并反馈，所有信息均交汇到技术和管理人员处，由技术人员进行对象有关解决。以CAD/CAM技术为核心先进制造技术，将以人员为中心运作模式变化为以计算机为中心运作模式，运用计算机存贮量大、运营速度快、可无限期运用已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程信息汇集在一起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节联系与控制均由计算机直接解决，技术人员通过计算机这一媒介实现整个过程有序化和并行化。联系：制造过程各个环节基本相似。4简述国内CAD/CAM技术发展过程与特点。答：国内CAD/CAM技术研究与开发大体经历了三个阶段。1）引进、跟踪、研发阶段 CAD/CAM技术与产品来源于国外，国内CAD/CAM技术方面研究是从20世纪70年代中期开始，当时在某些高等院校中重要环绕二维图形软件进行开发，并在航空领域和造船工业一方面应用。20世纪80年代初，开始成套引进国外CAD/CAM系统，在此基本上进行开发2）自主开发和迅速成长阶段。90年代后，随着“863/CIMS”筹划推动，北航、清华、华中理工等一批高校和科研院所相继推出了研究成果，并在政府大力扶持下展开了科研成果向产品、商品积极转化。3）产业化、系统化发展阶段以制造业信息化为龙头信息化带动工业化工程已经全面铺开，公司到了必要并且已经具备条件在国产CAD/CAM软件平台上规划和构建符合公司特点计算机辅助设计/制造/管理系统时候，国内软件业也瞄准了这一巨大潜在市场，这将进一步刺激CAD/CAM系统产业化、系统化、集成化发展。5简述CAD/CAM发展趋势。答：随着CAD技术普及应用越来越广泛，越来越进一步，CAD技术正向着开放、集成、智能和原则化方向发展。一方面，开放性是决定一种系统能否真正达到实用化并转化为现实生产力基本，这重要体当前系统工作平台、顾客接口、应用开发环境以及与其她系统信息互换等方面。所谓集成就是向公司提供一体化解决方案。并行工程是一种集成，公司产品数据管理（PDM）也是一种集成。通过集成能最大限度地实现公司信息共享，建立新公司运营方式，提高生产效率。智能化是将当前基于算法解决问题方式向基于知识推理型解决问题方式转变，需要将人工智能技术、专家系统引入到CAD/CAM领域中，不断使解决问题、解决问题水平处在较高水准，避免过多地依赖人工进行决策。最后，随着CAD/CAM技术发展和广泛应用，工业化原则问题越来越显得重要。当前基于不同应用领域CAD、CAM系统诸多，为了便于把CAD系统产生成果传送给CAM系统使用、或者提供应别CAD系统使用，以实现资源共享，规定不同系统之间可以以便地互换关于数据，规定制定出相应数据互换原则。同步，完善原则化体系既是国内CAD/CAM软件开发及技术应用与世界接轨必由之路，也是CAD/CAM技术发展方向和既定目的。6CAD/CAM系统基本构成有哪些？答：典型CAD/CAM系统重要由关于硬件系统和相应软件系统构成。硬件系统重要由计算机及其外围设备构成，涉及主机、存储器、输入输出设备、网络通信设备以及生产加工设备等，它是可以触摸物理设备；软件系统涉及系统软件、支撑软件和应用软件，普通是指程序及其有关文档。7计算机在CAD/CAM系统中作用是什么？选取计算机重要考虑哪些性能指标？答：计算机主机是CAD/CAM硬件系统核心，用于指挥、控制整个系统完毕运算、分析工作。主机类型及性能很大限度上决定了CAD/CAM系统使用性能。在选取计算机时，重要考虑技术指标有主频、字长、内存容量、外存容量、存取速度等。8CAD/CAM系统中惯用外部存储器有那些？各有什么特点？答：惯用外部存储器有磁盘、磁带、光盘等。软盘存储器由软盘和软盘驱动器构成。软盘由软盘盘片、保护套、驱动轴孔、检索孔、磁头读写槽及防写保护口等某些构成，盘片是信息存储介质；软盘驱动器由电动机、读写磁头、运动控制器、接口部件等构成。工作时，马达带着盘片飞速旋转，磁头在读写槽内作径向运动，实现数据读写，由检索孔标记磁道起始位置。硬盘普通是做成固定式硬盘机与硬盘驱动器，或者装成可移式硬盘组或硬盘插卡。硬盘盘片与软盘区别在于采用是金属片，且普通由各种盘片构成，除所具备磁道、扇区之外，盘片之间磁性柱面仍能存储数据，因而，硬盘存储容量是软盘几千甚至几十万倍。磁带是典型顺序存储设备，在磁带上以物理记录为单位写入或写出。普通，在信息必要按顺序存入及顺序读出状况下使用磁带。磁带存储容量比较大，惯用来为大型软件或超微机工作站系统软件作备份。光盘是当前计算机系统广泛使用存储介质之一，它由光盘和光盘驱动器构成，构造上与软盘存储器相似。光盘分为一次写入型光盘、可擦写型光盘两类。记录信息时，使用激光照射到介质表面上，用输入数据调制光点强弱，在盘面上会形成一系列凹凸不平条纹，信息就以这种方式记录下来了。读出信息时，由于光盘表面凹凸不平，当激光光源照射到盘面上时，光强弱变化通过解调就可输出数据。光盘存储容量可达600MB以上，惯用于保存信息量庞大数据、资料、应用软件或惯用工具软件。9CAD/CAM系统中惯用输入设备有那些？各有什么特点？答：1）键盘是计算机最基本配备之一，可以用来输入文字和基本命令及选用菜单等。2）鼠标有机械式、光电式、感应式和空间球四种。是惯用屏幕批示装置。3）光笔是一种定位装置，属于指点输入设备4）数字化仪可以当作一种标注有XY坐标平板，可用于输入精度较高各类图形信息。10CAD/CAM系统中惯用输出设备有那些？简要阐明其工作原理和特点？答：1）显示屏是一种迅速反映输出设备，是计算机最基本配备之一，也是CAD/CAM系统中最为重要设备，它不但能直观地得到计算过程反馈信息、随时显示所设计图形，还能显示顾客对图形进行增、删、改、移动等交互操作过程。当前大量使用是阴极射线管制成显示屏（CRT），平板式用液晶显示材料制成显示屏（LCD）。2）打印机是一种十分常用计算机信息输出设备。打印机操作简朴，工作成本低，但受输出纸张幅面大小限制，在CAD/CAM系统中重要用来进行设计或计算分析信息中间成果或最后成果输出。3）绘图机是CAD/CAM系统中不可缺少一种重要输出设备。其原理与XY记录仪近似，在微解决器控制下，绘图笔可以在XY两坐标轴方向上移动，绘出所规定图形。11简述CAD/CAM软件系统基本构成。答：依照CAD/CAM系统中执行任务及服务对象不同，可将软件系统分为三个层次，即系统软件、支撑软件和应用软件系统软件重要用于计算机管理、维护、控制及运营，以及对计算机程序翻译和执行。支撑软件是CAD/CAM软件系统重要构成，也是各类应用软件基本。应用软件是在系统软件和支撑软件基本上，针对某一专门应用领域需要而研制软件。12简要阐明CAD/CAM系统支撑软件类型和功能。答：从功能上可将支撑软件划分为自动绘图、几何造型、工程分析与计算、仿真与模仿、专用设备控制程序生成、集成与管理等几种类型。（1）绘图软件 重要解决零件图详细设计问题，输出符合工程规定零件图或装配图。（2）几何建模软件 它为顾客提供一种完整、精确地描述和显示三维几何形状办法和工具。（3）工程计算与分析软件 此类软件功能涉及：基本物理量计算、基本力学参数计算、产品装配、有限元分析、公差分析、优化算法、机构运动学分析、动力学分析等。有限元分析是其核心工具。（4）仿真与模仿 仿真与模仿技术是一种建立真实系记录算机模型技术。运用模型分析系统行为而不建立实际系统，在产品设计时，实时、并行地模仿产品生产或各某些运营全过程，以预测产品性能、产品制造过程和产品可制造性。（5）工艺过程设计 工艺过程设计软件（CAPP）将CAD数据转换为各种加工、管理信息，涉及完整工艺路线、工序卡等工艺文献以及供数控加工用数控程序及其工艺信息。（6）专用设备控制程序生成 （7）集成与管理 CAD/CAM系统集成是将不同功能软件模块有机地连接到一起，形成一种完整CAD/CAM系统，并协调各子系统有效地运营，以达到信息数据无缝传播、数据共享、提高工作效率目。第二章 计算机图形学基本1试述窗视变换原理及规律。答：对于顾客定义一张整图，需要把图中每条线段端点都用上式进行转换，才干形成屏幕上相应图形。（1）视图区大小不变，窗口区缩小或放大时，所显示图形会相反地放大或缩小；（2）窗口区大小不变，视图区缩小或放大时，所显示图形会相应地缩小或放大；（3）窗口区与视图区大小相似时，所显示图形大小比例不变；（4）视图区纵横比不等于窗口区纵横比时，显示图形会有X、Y方向伸缩变化。2试述二维图形基本几何变换种类并给出其变换矩阵。答：二维图形基本几何变换涉及比例变换、对称变换、错切变换、旋转变换和平移变换等。（1）比例变换设图形在x、y两个坐标方向放大或缩小比例分别为A和D，则坐标点比例变换为：令,T就是变换矩阵。（2）对称变换设图形上一点(x，y)关于原点作对称变换：令,T就是关于原点对称变换矩阵。同理可知关于x轴对称变换矩阵：。关于y轴对称变换矩阵：。（3）错切变换设图形上一点(x,y)沿x方向作错切变换：令，T就是沿x方向作错切变换矩阵。同理可知沿y方向作错切变换变换矩阵为：。沿x、y两个方向作错切变换变换矩阵为：。（4）旋转变换设图形上一点(x,y)绕原点逆时针旋转q角：令，为绕原点逆时针旋转变换矩阵，若顺时针旋转时，q 角为负值。（5）平移变换设图形上一点(x,y)沿x轴平移L距离，沿y轴平移M距离，得到新点(x,y) ：令，为平移变换矩阵。3试述图形裁剪技术原理和种类。答：线段裁剪算法中，需要检查线段相对于窗口位置关系。两者位置关系只有三种：线段完全落在窗口内，该线段需所有保存；线段完全位于窗口外，该线段应所有舍弃；线段某些位于窗口内而别的某些位于窗口外，需要计算出该线段与窗口边界交点作为线段分段点，保存位于窗口内那某些线段，舍弃别的某些线段。线段裁剪算法有矢量裁剪法、编码裁剪法、中点分割裁剪法等4.试推导相对直线x+y-1=0对称复合变换矩阵。答：直线可化为y=1-x1. 将坐标原点平移到(0,1)处：，2.将反射轴（已平移后直线）按顺时针方向旋转135角，使之与x轴重叠：，3.图形关于x轴反射变换：，4.将反射轴逆时针旋转135角：，5.恢复反射轴原始位置：，。第三章 机械CAD/CAM数据解决技术（1）描述工程数据库特点，指出在机械CAD/CAM集成中作用1.支持各种工程应用程序一种工程数据库必要适应各种工程应用程序，以支持不断发展新应用环境。最初概念设计、详细设计、制造设计和筹划都需要直接进入到工作数据库中去，从设计到生产后期所进行操作，像生产控制、质量控制和服务等，都需要运用在产品设计和制造阶段信息。2.支持动态模式修改和扩充 数据库构造拟定物体在数据库中建模关系。一种工程必要通过筹划分析、设计、施工、调试、生产等阶段，相应工程数据也是通过各阶段逐渐明确，逐渐详细，最后得到满意成果。为此，必要记载整个过程所有图形和数据，作为文档保存，以便在工程中修改，以及在工程建成后扩充和改建。 产品计算机辅助设计（CAD）是一种变化频繁动态过程，不但数据变化频繁，并且数据构造也会有所变化，这就规定工程数据库具备动态修改和易于变化数据构造能力。修改构造功能应当“在空中”操作，而不需要构造再编辑或者数据库再装配。为CAD/CAM数据库设计数据模型必要支持工程数据类型和工程应用中复杂物理模型。3.支持重复试探性设计 在工程中解决一种问题往往是一种多次重复、重复修改过程，而不同于普通事务数据。CAD/CAM数据库必要适合设计过程中试凑、重复和发展特点。即在普通状况下，数据库必要保持数据一致性，在特殊状况下，工程数据库应容许暂时、不一致数据存在，并能加以管理。4.支持在数据库中嵌入语义信息 语义信息是用来描述在数据库中存储数据，它涉及物体和关系建模，关于物体和关系信息在数据库中是如何表达。如何获得和使用这些信息。一种集成和数据词典/字典系统是用来记录指定含义，并是使用数据库中数据记录工具。这个功能普通不但仅是资料程序员运用，并且也是文献重要来源。更多语义信息被机器占用，成为数据库中一种集成某些，可用于人和机器直接互相作用及数据库修改。5.支持存储和管理各种设计成果版本 在人工设计中，存在几种设计版本状况是经常发生，每一种设计版本尽管不同，但均满足设计所规定所有功能，它们可供选取。设计问题很少只有唯一方案解，当在设计中对重要条件强调重点不同步，普通有几种可供选取方案。抱负状况下，一种CAD/CAM数据库应当具备一种设计任务各种版本能力。6.支持复杂抽象层次表达 设计单元之间许多复杂关系可以在抽象层次中模型化。设计过程常被当作自顶向下工作方式，即将复杂问题不断分解到子问题层中，这些子问题概念简朴，可以组合起来解决原问题。例如，工程所涉及工程图很少是仅由一张图来表达，普通采用分层表达法，即上层工程图中一种符号表达下层某一张子工程图（即上层一种抽象部件符号代表下层若干个部件组合），这些子工程图中一种符号又能表达更下一层某一张子工程图，即自顶向下逐级表达，直至最下层为止。7.支持多CPU/分布式解决环境 普通支持CAD/CAM一体化系统硬件是由异种机构成计算机网络系统。因而，规定工程数据库管理系统应是一种分布式数据库管理系统，并为所有基本单元系统存取全局数据提供统一接口原则。8.支持建立和暂时存取数据库 在设计和制造过程中，存在许多暂时性数据，这些不需长期保存数据可存入暂时数据库中，使用完毕即可删除。9.支持交互式和多顾客工作以及并行设计 工程设计时，为了及时传达设计人员思想和意图，需要进行交互式工作。并且当代设计工作决不是一人能胜任，为提高工程设计质量，加快进度，必要开展并行作业，使若干名设计人员既能同步工作，又可达到资源共享。为此，规定工程数据库能随时提供数据并存储数据，提供多顾客使用和进行并行设计。10.支持各种表达解决 在设计和制造过程中，应用程序往往要运用同一物体不同表达形式来实现不同目和规定。例如，在几何造型中，可以使用CSC树、边界表达、八叉树法等各种表达形式来表达同一形体。因而，工程数据库要有存储和管理同一形体各种表达形式功能，并且要保持这些表达形式之间一致性。11.支持数据库与应用程序接口 为了支持工程数据库应用过程，数据库必要与各种程序语言交互。数据库与应用程序接口有两类：子语句方式和CALL方式。子语句方式将数据库DML语句当作特殊应用程序语句。CALL方式将数据库DML语句设计成宿主语言一种过程或函数，应用程序通过CALL语句调用它们。12.支持工程事物解决在工程应用中，解决一种工程问题需要耗费很长时间，涉及数据量也诸多，这种解决工程问题过程称为工程事务。由于此类问题工作时间很长，中间浮现意外错误或以为中断也许性较高。因而，商业数据库系统中解决事务办法在此已不合用。工程数据库系统应具备解决工程事务能力。EDB是CAD/CAM/CAE/CAPP/MRP/MRPII等工程设计及制造系统基本数据源，是各应用系统进行数据互换和共享枢纽，EDB在应用系统中位置如下图所示。由图可知，EDB处在核心地位，如果管理不当，那么在集成时各系统之间会产生瓶颈问题，并且很难获取对的数据。（2）机械CAD/CAM中有那些数据解决技术，并指出其使用场合。1.数据程序化解决数表程序化：合用于数据少且别程序不需调用状况 数表公式化解决：合用于对于数据间存在联系或函数关系数据线图程序化解决：合用于用线图来表达参数间函数关系，涉及直线、折线或各种曲线构成线图。2.数据文献化解决：合用于如果数表很大或数表个数诸多，如还采用该办法进行程序化，这时程序将显得非常庞大、不易实现，这就需要将数表进行文献化或数据库进行解决3.数据库解决：合用于有大量数据文献，需要共享和集中，与应用软件相独立数据集合第四章 三维几何建模技术1形体拓扑信息和几何信息含义是什么？答：几何信息普通是指一种物体在三维欧氏空间中形状、位置和大小。详细地说，几何信息涉及关于点、线、面、体信息。拓扑信息是指一种物体拓扑元素（顶点、边和表面）个数、类型以及它们之间关系，依照这些信息可以拟定物体表面邻接关系。2三维几何建模系统有哪几种建模方式？各自特点是什么？答：三维几何建模系统有线框建模、曲面建模、实体建模、特性建模等线框模型是由一系列点、直线、圆弧及某些二次曲线构成，描述是产品轮廓外形。线框建模数据构造是表构造，采用线框建模描述办法构造实体，所需信息量少，数据运算简朴，占居存贮空间比较小，对硬件规定不高。曲面模型由于增长了面信息，在提供三维实体信息完整性、严密性方面，比线框模型进了一步，它克服了线框模型许多缺陷，可以比较完整地定义三维立体表面，所能描述零件范畴广；曲面建模可以对物体作剖切面、面面求交、线面消隐、数控编程以及提供明暗色彩图显示所需要曲面信息等。与线框建模、曲面建模不同，三维实体建模在计算机内部存贮信息不是简朴边线或顶点信息，而是比较完整地记录了生成实体各个方面数据。特点在于覆盖三维立体表面与其实体同步生成。运用这种办法，可以完整地、清晰地对物体进行描述，并能实现对可见边判断，具备消隐功能。特性建模特点重要概括为如下几种方面：（1）特性建模使产品设计工作不断留在底层几何信息基本上，而是根据产品功能要素，如键槽、螺纹孔、均布孔、花键等，起点在比较高功能模型上。特性引用不但直接体现设计意图，也直接相应着加工办法，以便于进行计算机辅助工艺过程设计并组织生产。（2）特性建模以计算机可以理解和可以解决统一产品模型代替老式产品设计、工艺设计、夹具设计等各个生产环节连接，使得产品设计与本来后续各个环节并行展开，系统内部信息共享，实现真正CAD/CAPP/CAM集成，且支持并行工程。（3）有助于实现产品设计、制造办法原则化、系列化、规范化，使得产品在设计时就考虑加工、制造规定，保证产品有较好工艺性及可制造性，有助于减少产品生产成本。3试述惯用曲面构造办法及构造特点。答：1）线性拉伸面 这是将一条剖面线C（u）沿方向D滑动所扫成曲面2）直纹面：给定两条相似曲线，它们具备相似次数和相似节点矢量，将两条曲线上相应点用直线相连，便构成了直纹面3）旋转面：在xOz平面内定义曲线C（u），将其绕Z轴旋转360就得到旋转面。旋转面特性是与Z轴垂直平面上曲线是一种整圆4）扫描面办法是用一条剖面线沿另一条基准线滑动4实体建模办法有哪些？答：实体建模办法有：体素法、扫描法体素法是通过基本体素集合运算构造几何实体建模办法。每一种基本体素都具备完整几何信息，是真实而唯一三维实体。有些物体表面形状较为复杂，难以通过定义基本体素加以描述，可采用定义基体，运用基体变形操作实现实体建模，这种构造实体办法称为扫描法。5试述实体建模中计算机内部表达办法，其数据构造特点。答：常用有边界表达法、构造立体几何法、混合表达法（即边界表达法与构造立体几何法混合模式）、空间单元表达法等。边界表达法简称B-Rep法，它基本思想是，一种形体可以通过包容它面来表达，而每一种面又可以用构成此面边描述，边通过点，点通过三个坐标值来定义CSG法表达实体可用二叉树形式加以表达混合模式中，CSG法作为系统外部模型，B-Rep法作为系统内部模型，即CSG法做顾客接口，以便顾客输入数据、定义体素及拟定集合运算类型，计算机内部则采用B-Rep数据模型，以便存贮实体更详细信息，类似于在CSG树构造节点上扩充边界法数据构造，可以达到迅速描述和操作模型目。6什么是特性？特性是如何分类？根据何在？答：特性应当理解为一种专业术语，它兼有形状和功能两种属性，从它名称和词义定义联想它特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表达办法、制造技术和公差规定。特性定义实既有两种方式：（1）在产品设计过程中提供一套预先定义好形状特性，称作特性前置定义，或叫基于特性设计。（2）一方面进行几何设计，然后从几何模型中辨认或抽取形状特性，称作特性后置定义，或称特性辨认。从总体上看，特性可分为通用特性和应用特性两大类。1）通用特性通用特性是从机械产品几何形状抽象出来普通性特性，由基本形状特性和附加形状特性构成。基本形状特性是表达一种零件总体形状特性，附加形状特性是对零件局部形状进行修改特性。2）应用特性应用特性是指各种工程专业应用领域里所遇到各种形状特性。这些特性中有仍此前述通用特性为基本。但在设计、分析、制造等不同阶段，可有不同特性定义。按机械零件几何形状分，可大体分为轴类、盘类、支架类、箱体类和自由曲面类等。7特性建模技术实现办法有哪些？答：实现特性详细办法如下：（1）对于基本形状特性，可以直接采用依照参数建立拓扑、几何信息办法，如拉伸类特性、旋转类特性、扫描类特性、混合类特性。此类似于几何造型系统中基本体元几何、拓扑构造建立。（2）对于附加形状特性，尽量采用局部修改技术直接修改原有拓扑、几何构造。（3）对不易采用办法（2）附加形状特性，尽量分别构成基本形状特性和附加形状特性。（4）对不易采用办法（1）、（2）、（3）特性，采用布尔运算实现，但显式操作仍为特性造型而不是布尔运算。第五章 计算机辅助工程1给出CAE得定义，论述用CAE可解决哪些工程问题？ 答：计算机辅助工程（CAE），是以当代计算力学为基本、计算机仿真为手段工程分析技术，是实现产品优化设计重要技术。CAE技术重要涉及有限元法FEM（Finite Element Method）、边界元法BEM（Boundary Element Method）、运动机构分析、气动或流场分析、电路设计和磁场分析等。工程数值分析、构造优化设计、强度设计评价与寿命预估、动力学运动学仿真等是计算机辅助工程分析重要内容。2有限元法解决工程问题时，单元划分有哪些规定？ 答：采用单元来代替持续体进行分析计算时，需要考虑单元划分有效性，保证所分析计算成果与原物体始终性，详细划分时应注意：（1）单元之间不能互相重叠，要与原物体占有空间相容，即单元既不能落在原区域外，也不能使区域边界浮现空洞。（2）单元应精准逼近原物体。所有原域顶点都应取成单元顶点。所有网格表面顶点都应落在原域表面上。所有原域边和面都被单元边和面所逼近。（3）单元形状合理。每个单元应尽量趋近于正多边形和正多面体，不能浮现面积很小二维尖角元或体积很小三维薄元。（4）网格密度分布合理。分析值变化梯度大区域需要细化网格。（5）相邻单元边界相容。不能从一种单元边和面内部产生另一单元顶点。（6）分析对象几何构造、载荷及支承状况均为对称时，可只取其中一种对称某些构造进行分析计算。在位移受约束节点上，应依照实际状况设立约束条件。当节点沿某一方向上不能位移时，则设立相应连杆支座。当节点为某一固定点时，则设立铰链支座。（7）单元划分后，要对所有单元和节点进行编码。3CAE解决工程问题基本过程分为几步？答：有限元法求解详细环节：1）单元剖分依照持续弹性体形状，选取单元类型，将该弹性体分割成许各种有限大小单元，并为单元和节点编号。2）单元特性分析以节点位移e为基本未知量，选取一种单元位移函数后，进行如下工作：（1）用节点位移表达单元位移，即f=N e ;（2）通过几何方程用节点位移表达单元应变，即=B e ;（3）通过物理方程用节点位移表达单元应力，即=S e ;（4）通过最小势能原理用节点位移表达节点力，R eKee ;3）总体构造合成（1）分析整顿各单元刚度矩阵，按照总体节点进行各单元刚度矩阵迭加，形成总体刚度矩阵，并建立以总体刚度矩阵为系数线性方程组RK；（2）对线性方程组进行边界条件解决，及线性方程组 解决，求解解决后方程组，求得节点位移，再由=S e求得单元应力。4CAE前置解决重要解决什么问题？答：前置解决程序基本任务是依照输入对象几何信息进行有限元几何造型，按照顾客拟定计算机模型自动生成网格，以及进行不同密度网格间转换和修补等。有实体建模与参数化建模，构件布尔运算，单元自动划分，节点自动编号与节点参数自动生成，载荷及材料参数直接输入与公式参数化导入，节点载荷自动生成，有限元模型信息自动生成等功能。5CAE后置解决重要任务是什么？ 答：后置解决功能重要涉及绘制应力、应变、位移、速度和加速度等空间和时间变化曲线图。同步，还规定能对主分析程序成果进行加工，如坐标变换、插值、曲线光顺、修订输出成果，以及有限元分析成果数据平滑，各种物理量加工与显示，针对工程或产品设计规定数据检查与工程规范校核，设计优化与模型修改等。6优化设计基本原理是什么？答：优化设计是在计算机广泛应用基本上发展起来一项设计技术。优化设计提供了一种逻辑办法，它能在所有可行设计方案中进行最优选取，在规定条件下得到最佳设计效果。其原则是谋求最优设计，其手段是计算机和应用软件，其理论是数学规划法。第六章 计算机辅助工艺 设计1、简要分析CAPP系统基本构成和功能。答：（1）零件信息输入（2）系统管理（3）零件工艺设计（4）工艺文献输出（5）系统界面2、简述CAPP系统在公司信息化中作用。答：在制造业信息化工程中，CAPP系统起着非常重要角色，重要体当前：（1）建立产品、零件制造工艺过程文献，详细规定产品在形成过程中关于条件、状态、过程等参数，描述零件加工过程以及应达到质量原则，使工艺文献规范化、原则化。（2）代替工艺设计人员手工操作，将其从繁杂手工编写、查阅资料、绘制简图等工作中解脱出来，将精力放在工艺设计、工艺经验积累、工艺知识应用上，有效地提高公司制造工艺水平。（3）规范产品制造工艺，使工艺信息计算机化，为制造业信息化提供基本条件；实现工艺参数等信息数字化，提高工艺设计信息共享与重用水平。（4）使各种优化决策办法实现成为也许，为工艺设计人员提供决策支持，涉及工艺路线决策优化，切削参数优化，工时定额拟定等。3、描述零件几何特性分类办法特点，与特性造型中特性分类办法有何区别？答：特性信息描述法是采用通过定义特性（涉及几何特性、技术特性等）对零件进行描述，并建立一套重要由图形迭加规则构成特性描述系统办法。这种办法基本思想是按照零件加工过程中所形成零件型面来定义零件几何特性，并在这些型面特性中关联相应工艺信息（涉及零件精度、材料、热解决等技术规定）作为技术特性，以几何特性信息集形式对零件进行描述。与特性造型中特性分类办法区别：特性造型中特性分类办法是从零件表面形状定义特性仅有几何特性4、当前CAPP系统信息输入瓶颈何在？试分析采用概念化信息输入办法优缺陷。答：当前商品化CAPP系统对CAD系统零件信息解决方式有：不保存CAD系统零件信息，只是一次性运用该信息；某些保存CAD系统零件信息，对某些具备明显加工特性几何图形进行提取和应用；采用零件信息编码系统对输入零件进行编码输入等办法。这些办法不是缺少完整零件工艺信息，无法实现工艺创成，就是信息输入过程十分复杂，输入办法不实用，工艺人员难以接受。概念化信息输入办法具备下列特点：（1）从特性概念入手，将环绕几何特性展开工艺信息打包解决，并制作成信息柄，采用信息柄进行信息激活与传递，提高了CAPP系统信息输入精确性。（2）CAD/CAPP系统之间信息传递重要手段是信息柄迁移，这种迁移是以人为概念商定以及CAPP系统信息预制为基本，同步受到PDM资源数据库支持，便于进行信息输入扩充。（3）工艺特性信息柄继承了老式零件分类办法，它是工艺设计人员长期工作中形成概念，比较容易接受，也便于工艺设计。（4）仅通过有限几次信息提取，即可完整输入零件特性所有信息，不但输入效率高，还合用于创成式工艺生成，以及基于内容工艺匹配与查询。5、简述派生式CAPP和创成式CAPP系统基本原理、有关技术和特点。答：派生式CAPP系统重要特性是检索预置零件工艺规程，实现零件工艺设计借鉴与编辑。依照零件工艺规程预置方式不同，可以分为基于GT技术CAPP系统，基于特性技术CAPP系统两种重要形式。创成式CAPP系统可以定义为一种能综合加工信息，自动为一种新零件制定出工艺过程系统。根据输入零件关于信息，系统可以模仿工艺专家，应用各种工艺决策规则，在没有人工干预条件下，从无到有，自动生成该零件工艺规程。创成式CAPP系统核心是工艺决策推理机和知识库。创成式CAPP系统重要解决两个方面问题，即零件工艺路线拟定（或称工艺决策）与工序设计。6、试述知识数据库存贮形式与提取方式之间关系，比较不同存贮形式利弊。答：1）采用文献存贮格式，即用IFTHEN方式进行条件匹配，当系统不能提供满足条件时，选取默认标记为FALSE框架，从中得到结论以作为推理时让步条件。这种构造化文献方式，能满足工艺推理规定，但规则添加时，需要重新编译程序，不利于规则修改与扩充。2）采用数据库方式存贮，相应于条件匹配，系统采用数据库系统查询方式即采用核心字进行已知条件查询，并提取查询到相应记录作为推理成果。这种方式使系统查询、匹配变得更加简朴，还可运用数据库系统自身提供控制机制，来保证数据完整性和统一性，使各分布子系统均能同步对同一数据库进行操作。此外，规则扩充也比较容易，能实现即改即用。7、何谓面向对象知识表达？这种知识表达办法有何特点？答：面向对象知识表达不是简朴地将事实、规则以及某些办法用类封装，它是某领域对象知识表达，它采用基本办法是，以对象为中心来组织知识库构造，将对象属性、知识及知识解决过程统一在对象构造中。应用对象标记来区别不同对象类，用对象属性表达对象静态属性，用知识解决办法来表达对象动态行为。这种对象是以整体形式浮现，从它外形只能看到外部特性，即该对象所能接受消息，所具备知识解决能力等。在对象外部不能直接修改对象内部状态，也不能直接调用其他内部知识解决，对象内部知识调度和推理进程由对象内规则控制。第七章 计算机辅助数控加工编程1简要阐明数控加工编程基本过程及重要内容。答：数控编程过程重要涉及：分析零件图样、工艺解决、数学解决、编写程序单、数控程序输入及程序检查。重要内容：1）加工工艺分析依照零件形状尺寸及其技术规定，分析零件加工工艺，选定适当机床、刀具与夹具，拟定合理零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数。2）刀位轨迹计算依照零件形状尺寸、加工工艺路线规定，在恰当工件坐标系上计算零件与刀具相对运动轨迹坐标值，以获得刀位数据，诸如几何元素起点、终点、圆弧圆心、几何元素交点或切点等坐标值，有时还需要依照这些数据计算刀具中心轨迹坐标值，并按数控系统最小设定单位（如0.001mm）将上述坐标值转换成相应数字量，作为编程参数。3）编制加工程序依照制定加工路线、刀具运动轨迹、切削用量、刀具号码、刀具补偿规定及辅助动作，按照机床数控系统使用指令代码及程序格式规定，编写或生成零件加工程序清单，并进行初步人工检查与修改。4）程序输入当程序较简朴时，可以由人工通过键盘直接输入到数控系统中。对于大型加工程序，可以通过光电读带机制作加工程序纸带，作为控制信息介质。近年来，许多数控机床都采用磁盘、计算机通信技术等各种与计算机通用程序输入方式，实现加工程序输入，因而，只需要在普通计算机上输入编辑好加工程序，就可以直接传送到数控机床数控系统中去。5）程序校验和试切所编制加工程序普通必要通过进一步校验和试切削才干用于正式加工。当发现错误时，应分析错误性质及其产生因素，或修改程序单、或调节刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定精度规定为止。2简要论述APT语言编程基本环节。答：用APT语言编制零件源程序应遵循如下环节：（1）分析零件图 （2）选取坐标系 （3）拟定几何元素标记符 （4）进行工艺分析（5）拟定对刀办法和对刀点 （6）选取容差、刀具等工艺参数（7）编写几何定义语句（8）编写刀具运动定义语句（9）插入其他语句 （10）检查零件源程序（11）填写源程序清单。3简要阐明图形交互式自动编程原理和功能。答：运用CAD模块生成几何图形，采用人机交互实时对话方式，在计算机屏幕上指定被加工部位，输入相应加工参数，计算机便可自动进行必要数学解决并编制出数控加工程序，同步在计算机屏幕上动态地显示出刀具加工轨迹。（图略）对于普通切削加工数控编程，CAM系统普通均具备刀具工艺参数设定、刀具轨迹自动生成、刀具轨迹编辑、刀位验证、后置解决、动态仿真等基本功能。4简要阐明图形交互式自动编程基本环节和特点。答：基本环节归纳起来可分为（1）几何造型（2）加工工艺分析（3）刀具轨迹计算及生成 （4）刀位验证及刀具轨迹编辑（5）后置解决（6）数控程序输出 图形交互式自动编程特点（1）将零件加工几何造型、刀位计算、图形显示和后置解决等作业过程结合在一起，有效地解决了编程数据来源、图形显示、走刀模仿和交互修改问题，弥补了数控语言编程局限性。（2）编程过程是在计算机上直接面向零件几何图形交互进行，不需要顾客编制零件加工源程序，顾客界面和谐、使用简便、直观、精确、便于检查；同步，不需要专用编程机，便于普及推广。（3）不但可以实现产品设计（CAD）与数控加工编程（NCP）集成，还便于与工艺过程设计（CAPP）、刀夹量具设计等其他生产过程集成。5试分析比较惯用几种数控程序检查办法，简要阐明其原理和特点。答：当前数控程序检查办法重要有：试切、刀具轨迹仿真、三维动态切削仿真和虚拟加工仿真等。试切法：是NC程序检查有效办法。老式试切是采用塑模、蜡模