工程机械CAD_CAM课后习题答案

第一章概述

1．简述产品设计制造的一般过程。

答：CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它主要研究对象描述、系统分析、方案优化、计算分析、工艺设计、仿真模拟、NC编程以及图形处理等理论和工程方法，输入的是产品设计要求，输出的是零件的制造加工信息。

2．简述CAD/CAM技术的概念、狭义和广义CAD/CAM技术的区别与联系。

答：CAD/CAM技术是以计算机、外围设备及其系统软件为基础，综合计算机科学与工程、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，实现包括二维绘图设计、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、仿真模拟、信息存贮与管理等相关功能。

区别：广义的CAD/CAM技术，是指利用计算机辅助技术进行产品设计与制造的整个过程，及与之直接和间接相关的活动；狭义的CAD/CAM技术，是指利用CAD/CAM系统进行产品的造型、计算分析和数控程序的编制

联系：广义的CAD/CAM技术包容狭义的CAD/CAM技术

3．传统的设计制造过程与应用CAD/CAM技术进行设计制造的过程有何区别与联系？

答：区别：传统的设计与制造方式是以技术人员为中心展开的，，产品及其零件在加工过程中所处的状态，设计、工艺、制造、设备等环节的延续与保持等，都是由人工进行检测并反馈，所有的信息均交汇到技术和管理人员处，由技术人员进行对象的相关处理。

以CAD/CAM技术为核心的先进制造技术，将以人员为中心的运作模式改变为以计算机为中心的运作模式，利用计算机存贮量大、运行速度快、可无限期利用已有信息等优势，将各个设计制造阶段及过程的信息汇集在一起，使整个设计制造过程在时间上缩短、在空间上拓展，与各个环节的联系与控制均由计算机直接处理，技术人员通过计算机这一媒介实现整个过程的有序化和并行化。

联系：制造过程的各个环节基本相同。

4．简述我国CAD/CAM技术发展的过程与特点。

答：我国CAD/CAM技术的研究与开发大致经历了三个阶段。

1）引进、跟踪、研发阶段CAD/CAM技术与产品起源于国外，我国CAD/CAM技术方面的研究是从20世纪70年代中期开始的，当时在一些高等院校中主要围绕二维图形软件进行开发，并在航空领域和造船工业首先应用。20世纪80年代初，开始成套引进国外CAD/CAM系统，在此基础上进行开发

2）自主开发和快速成长阶段。

90年代后，随着“863/CIMS”计划的推进，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，并在政府的大力扶持下展开了科研成果向产品、商品的积极转化。

3）产业化、系统化发展阶段

以制造业信息化为龙头的信息化带动工业化工程已经全面铺开，企业到了必须而且已经具备条件在国产CAD/CAM软件平台上规划和构建符合企业特点的计算机辅助设计/制造/管理系统的时候，国的软件业也瞄准了这一巨大的潜在市场，这将进一步刺激CAD/CAM系统的产业化、系统化、集成化发展。

5．简述CAD/CAM的发展趋势。

答：随着CAD技术的普及应用越来越广泛，越来越深入，CAD技术正向着开放、集成、智能和标准化的方向发展。首先，开放性是决定一个系统能否真正达到实用化并转化为现实生产力的基础，这主要体现在系统的工作平台、用户接口、应用开发环境以及与其他系统的信息交换等方面。所谓集成就是向企业提供一体化的解决方案。并行工程是一种集成，企业的产品数据管理（PDM）也是一种集成。通过集成能最大限度地实现企业信息共享，建立新的企业运行方式，提高生产效率。智能化是将目前基于算法的解决问题方式向基于知识的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，不断使处理问题、解决问题的水平处于较高的水准，避免过多地依赖人工进行决策。最后，随着CAD/CAM 技术的发展和广泛应用，工业化标准的问题越来越显得重要。目前基于不同应用领域的CAD、CAM系统很多，为了便于把CAD系统产生的结果传送给CAM系统使用、或者提供给别的CAD 系统使用，以实现资源共享，要求不同系统之间能够方便地交换有关数据，要求制订出相应的数据交换标准。同时，完善的标准化体系既是我国CAD/CAM软件开发及技术应用与世界接轨的必由之路，也是CAD/CAM技术发展的方向和既定的目标。

6．CAD/CAM系统的基本组成有哪些？

答：典型的CAD/CAM系统主要由有关的硬件系统和相应的软件系统构成。硬件系统主要由计算机及其外围设备组成，包括主机、存储器、输入输出设备、网络通信设备以及生产加工设备等，它是可以触摸的物理设备；软件系统包括系统软件、支撑软件和应用软件，通常是指程序及其相关的文档。

7．计算机在CAD/CAM系统中的作用是什么？选择计算机主要考虑哪些性能指标？

答：计算机主机是CAD/CAM硬件系统的核心，用于指挥、控制整个系统完成运算、分析工作。主机的类型及性能很大程度上决定了CAD/CAM系统的使用性能。

在选择计算机时，主要考虑的技术指标有主频、字长、存容量、外存容量、存取速度等。8．CAD/CAM系统中常用的外部存储器有那些？各有什么特点？

答：常用的外部存储器有磁盘、磁带、光盘等。

软盘存储器由软盘和软盘驱动器组成。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部分组成，盘片是信息的存储介质；软盘驱动器由电动机、读写磁头、运动控制器、接口部件等组成。工作时，马达带着盘片飞速旋转，磁头在读写槽作径向运动，实现数据的读写，由检索孔标识磁道的起始位置。

硬盘通常是做成固定式的硬盘机与硬盘驱动器，或者装成可移式的硬盘组或硬盘插卡。硬盘的盘片与软盘的区别在于采用的是金属片，且一般由多个盘片组成，除所具有的磁道、扇区之外，盘片之间的磁性柱面仍能存储数据，因此，硬盘的存储容量是软盘的几千甚至几十万倍。

磁带是典型的顺序存储设备，在磁带上以物理记录为单位写入或写出。通常，在信息必须按顺序存入及顺序读出的情况下使用磁带。磁带的存储容量比较大，常用来为大型软件或超微机工作站系统软件作备份。

光盘是目前计算机系统广泛使用的存储介质之一，它由光盘和光盘驱动器组成，结构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的强弱，在盘面上会形成一系列凹凸不平的条纹，信息就以这种方式记录下来了。读出信息时，由于光盘表面的凹凸不平，当激光光源照射到盘面上时，光的强弱变化经过解调就可输出数据。光盘的存储容量可达600MB以上，常用于保存信息量庞大的数据、资料、应用软件或常用工具软件。

9．CAD/CAM系统中常用的输入设备有那些？各有什么特点？

答：1）键盘是计算机最基本的配置之一，可以用来输入文字和基本命令及选取菜单等。

2）鼠标有机械式、光电式、感应式和空间球四种。是常用的屏幕指示装置。

3）光笔是一种定位装置，属于指点输入设备

4）数字化仪可以看成一个标注有X－Y坐标的平板，可用于输入精度较高的各类图形信息。10．CAD/CAM系统中常用的输出设备有那些？简要说明其工作原理和特点？

答：1）显示器是一种快速反应的输出设备，是计算机最基本的配置之一，也是CAD/CAM系统中最为重要的设备，它不仅能直观地得到计算过程的反馈信息、随时显示所设计的图形，还能显示用户对图形进行增、删、改、移动等交互操作的过程。目前大量使用的是阴极射线管制成的显示器（CRT），平板式的用液晶显示材料制成的显示器（LCD）。

2）打印机是一种十分常见的计算机信息输出设备。打印机操作简单，工作成本低，但受输出纸幅面大小的限制，在CAD/CAM系统中主要用来进行设计或计算分析信息的中间结果或最终结果的输出。

3）绘图机是CAD/CAM系统中不可缺少的一个重要输出设备。其原理与X－Y记录仪近似，在微处理器控制下，绘图笔可以在X－Y两坐标轴方向上移动，绘出所要求的图形。

11．简述CAD/CAM软件系统的基本组成。

答：根据CAD/CAM系统中执行的任务及服务对象的不同，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

系统软件主要用于计算机的管理、维护、控制及运行，以及对计算机程序的翻译和执行。

支撑软件是CAD/CAM软件系统的重要组成，也是各类应用软件的基础。

应用软件是在系统软件和支撑软件基础上，针对某一专门应用领域的需要而研制的软件。12．简要说明CAD/CAM系统支撑软件的类型和功能。

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、仿真与模拟、专用设备控制程序生成、集成与管理等几种类型。

（1）绘图软件主要解决零件图的详细设计问题，输出符合工程要求的零件图或装配图。（2）几何建模软件它为用户提供一个完整、准确地描述和显示三维几何形状的方法和工具。（3）工程计算与分析软件这类软件的功能包括：基本物理量的计算、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）仿真与模拟仿真与模拟技术是一种建立真实系统的计算机模型的技术。利用模型分析系统的行为而不建立实际系统，在产品设计时，实时、并行地模拟产品生产或各部分运行的全过程，以预测产品的性能、产品的制造过程和产品的可制造性。

（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，包括完整的工艺路线、工序卡等工艺文件以及供数控加工用的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的软件模块有机地连接到一起，形成一个完整的CAD/CAM系统，并协调各子系统有效地运行，以达到信息数据无缝传输、数据共享、提高工作效率的目的。

第二章计算机图形学基础

1．试述窗视变换原理及规律。

答：对于用户定义的一整图，需要把图中每条线段的端点都用上式进行转换，才能形成屏幕上的相应图形。

（1）视图区大小不变，窗口区缩小或放大时，所显示的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，所显示的图形会相应地缩小或放大；

（3）窗口区与视图区大小相同时，所显示的图形大小比例不变；

（4）视图区纵横比不等于窗口区纵横比时，显示的图形会有X、Y方向的伸缩变化。

2．试述二维图形基本几何变换的种类并给出其变换矩阵。

答：二维图形的基本几何变换包括比例变换、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的比例分别为A和D，则坐标点的比例变换为：

令

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

=

1

D

A

T,T就是变换矩阵。

（2）对称变换

①设图形上一点(x，y)关于原点作对称变换：

令

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

-

-

=

1

1

1

T,T就是关于原点对称的变换矩阵。

②同理可知关于x轴对称的变换矩阵：

⎥

⎥

⎥

⎦

⎤

⎢

⎢

⎢

⎣

⎡

-

=

1

1

1

T。