第一章 计算机辅助设计

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1、第一章计算机辅助设计（CAD）概论计算机辅助设计是以设计者为主体，设计者利用计算机辅助设计 系统的资源，对产品设计进行规划、分析、综合、模拟、评价、修改、决策并形成工程文档的创造性活动。 计算机辅助设计的工作过程：1.进行功能设计，选择合适的科学原理或构造原理；2进行产品结构的初步 设计，产品的造型和外观的初 步设计；3从总图派生出零件，对零件的造型、尺寸、色彩等进行详细设计， 对零件进行有限元分析，使结构及尺寸与应力相适应；4对零件进行加工模拟，从模拟过程中发现制造中 的问题，进而提出对零件设计的修改方案；5.对产品实施运动模拟或功能模拟，对其性能作出评价、分析 和优化，最终完成零件的结构设

2、计。如图。计算机辅助输入产品性能要求在计算机辅助创新软件及设计 专 家系统的辅助下进行方案设计 模型设计cose T = ?cos9 0 sinQ 0 a b 0 a = 1, d = ?1, x轴对称；a =?1, d = 1关于y轴对称；a = d = cos0 0 0是旋转角T = c d 0 ?1,关于原点对称；b = d = 1,关于y =x对称；b = d = ?1,0 1 0 0 1关于y = ?x对称；复合变换就是基本变换的叠加，其变换矩阵式几个基 本变换矩阵的顺序积。1 b 0 b = 0, c丰0,沿x轴错切（因矩阵乘法不符合交换律，故不可更改步骤顺 序）三位图形变换的原理

3、T= c 1 0与二维图形变换的方法一致，同样是老坐标矩阵诚意变换矩阵得到新坐 标。0 0 1 b丰0, c = 0,沿y轴错切T比=a是x的比例因子a 0 0 0 1 0 0 e 0 0 e是y的比例因子 T = 0 1 0 i 0 0 i是z的比例因子平0 0 0 0 0 1 I m a = e = i等比例0 0 1 n 0 I是x方向的平移量1 0 0 0 a 为绕x 0 T = 0 cos a sina 0轴的旋转0 m是y方向的平移量 旋x 0 ?sina cosa 0 1 n是z 方向的平移量0 0 0 1角物性计算疲劳计算等优化设计工程分析及校核运动仿真装配仿真T旋y =满足要

4、求？ Y工程数据库完成详细设计N修改设计cos0 0 sin 0 0 cos 0 sin0 0 ?cos 0 0 0为 绕 y 1 sina 0 ?sin0 cos0 轴的旋转 T 旋 z = 0 cos0 0 0 0 角 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 为绕 z 0 轴的旋 转0角1 T对xoy = 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ?1 0 0 0 1 T对xoz =设计的特点：1.提高设计效率；2.提高 设计质量；3利于成组设计；4修改设计方便；5设计与分析统一；6易于实现产品数据的标准化；7易 于实现网络的协同设计；8无图纸化生产的前提；9为实现PLM系统提供基础

5、。CAD系 统的结构：1. 集中式主机系统；2小型机成套系统；3微型计算机CAD系统；4分布式网络工程工作站系统。（左图为 微机系统的结构图）。CAD系统的硬件：CAD系统的硬显示器件主要是由主机、输入设备、扫描 仪硬盘及硬盘柜（键盘、鼠标、三维坐标输计算机主机鼠标、键盘光盘入器、数字化仪、扫描仪，磁 带机三坐标测量仪三坐标测量仪等）输出设备、绘图仪、打印机、（显示器、绘图仪、打印机、三 维打印机快速成形机，三维打印机等）、信息存储设备（主要指外存，如硬盘阵列、光盘、磁带机 等）、网络设备、多媒体设备等组成。工作站系统包括：1.UNIX工作站（UNIX系统，可配置多CPU， 具有64位或128

6、位计算能力，物理内存可达16G，并有很大的虚拟内存，能满足高性能计算的要求， 但价格昂贵）；2.PC工作站（采用Inter或AMD的32位或64位CPU，也可用双CPU或双核系 统，操作系统多采用 windows2000、windowsXP,或 64 位的 Windows XP Professional x64 Edition。 一般采用专业显示卡。该类工作站随着硬件技术的发展，性能越来越好，逐步接近UNIX工作站，而且 价格便宜。是目前应用最广泛的类型）。CAD系统的软件：1.系统软件：操作系统（常见的操作系统 有 OS/2、UNIX、XENIX、LINUX、Windows 系歹U等），编译

7、系统（Java、C、C+、PASCAL、LISP、 Ada、Smalltalk、Prolog、Modulerll、Fortran、Basic、汇编）；2.支撑软件: 单一功能型（互式绘 图软件【Autocad、solidworks等】、工程分析软件【ansys、cosmos、adams等】、数控编程软件【EdgeCAM、MasterCAM、DelCAM】，等）综合集成支撑软件（catia、UGNX、Pro/Engineer、 Solidworks、Inventer） ；3.应用软件：应用软件是在系统软件和支撑软件的基础上进行二次开发而形成的，例如在Autocad软件中利用Vlisp、VBA、O

8、bject等开发语言设计的各种软件，也可以直接在 系统软件下利用 VC+等高级语言直接开发；4.CAD系统间 的接口：IGES标准STEP标准 STEP-NC标准o CAD系统的发展趋势：1面向对象的设计方法的应用；2.CAD系统的集成化；3.CAD 系统的网络化；4参数化设计；5智能CADo第二章工程数据的计算机处理工程数据的计算机处理方法：1工程数据程序化；2建立数据文件；3建 立数据库。数表程序化是指将数表中的数据以数组、数据文件、拟合公式和插值公式的形式给出，并 利用应用程序来处理、调用和检索查询。数表程序化的方法：1.用数组的形式程序化数表；2插值法： 线性插值：以两点之间的直线方程

9、近似替代原先列表函数，设插值的点为(x,y)，其线性插值的公式为y = x x?x 2 (x?x 3 ) y (x 1 ?x 2 )(x 1 ?x 3 )1 x?x 1 (x?x 3 ) y (x 2 ?x 1 )(x 2 ?x 3 ) 2 x?x 2 2 ?x 1 1 1 0 0 0 ?1 0 0 0 d 0 ?1 0 0 0 1 0 0 T = T = 0 0 1 0 对 yoz 0 0 1 0 错 g 0 0 0 1 0 0 0 1 0 b c 0 1 f 0 h 1 0 0 0 1 b 一沿 Y含X； c 一沿Z含X d 一沿X含Y； f 一沿Z含Y g 一沿X含乙h 一沿Y含Z b、

10、c、d、 f、g、h均为错切因子且单独出现 三维图形的投影变换：1.平行投影：正投影变换，正轴侧投影变换 斜轴测投影变换；2透视变换 T 主=1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 T = 0俯 0 0 1 0 0 0 cos90 0 0 0 1 0 ?sin90 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 cos? (?90 ) sin? (?90 ) ?sin? (?90 cos? ) (?90 ) 0 0 0 0 0 1 1 0 0 ?d 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0

11、 1 1 0 0 1 0 0 0 ?d 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 = 0 0 ?1 1 0 ?d 0 0 0 0 0 0 0 1 T 左=sin90 0 cos? 90 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 = 0 ?1 01 ?d 0 0 x ? = px +qyx+rz +1 y 0 ?透视变换 y = px +qy +rz +1 0 z ? = px +qyz+rz +1 1 a = 35 16 0 时为正轴测投影图0 0 = 45 a = 19.47 0 1 0 = 20.7时为正二测投影图T正轴=cos0 0 sin

12、0 0 0 ?sin0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 cosa sina 0 0 cos0 0 0 ?sina cosa 0 0 0 1 0 0 1 0 cos0 sin0 cosa 0 0 0 0 cosa 0 = 0 sin0 ?cos0 sina 0 1 0 0 0 T斜轴=1 0 t 31 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 t 32 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 = t 31 0 1 0 0 1 t 32 0 0 0 0 0 0 0 改变 t 31、t 32 值可以得到

13、不 同的0斜轴测投影图1 y1 + x x?x 2 2 ?x 1 y2，抛物线差值：利用过三节点的抛物线方程来近似替代 原来的鼠标函数，设三个点的坐标分别为(x1,y1)、(x2,y2)、(x3,y3),其抛物线插值的公式为：y = + + x?x 1 (x?x 2 ) y下图左为线性插(x 3 ?x 1 )(x 3 ?x 2 ) 3值，右为抛物线插值)，拉格朗日一元n次插值， 二维数表插值；3数表拟合公式化(涉及最小二乘法，对x取对数)。线图程序化：有些函数关系是 以线图的形式表示的，它的特点是直观、感性，可以观察出函数和数据的变化趋势。线图的形式包括直线、 折线和曲线。线图的处理方法：1.

14、获取线图的原始公式，将其编入程序即可；2.将线图转换成数表，然后 利用数表的程序化方法进行程序化处理；3用曲线拟合的方法求出线图的近似公式，再讲近似公式编入程 序。数据文件：对于数据量较小的数表，可以利用数组的形式将其程序化，但数表的容量较大时，常需建 立数据文件，并将数据文件与应用程序分开。数据文件可以存储在外存设备上，如软盘、硬盘、光盘等， 只有当需要的时候，利用应用程序通过操作语句将数据文件打开并调用。数据文件分类：1.顺序文件：顺 序文件中的各个纪录是按照其输入的先后顺序存放的，其存取文件需从头至尾按顺序读写，故效率不高； 2随机文件：随机文件是指在写入一个数据时，还给此数据登记一个编

15、号(纪录号)，以后可按照此纪 录号进行查找，所以随机文件的存取速度比顺序文件的要高。C语言中常用的数据文件操作语句：1.创建 和打开数据文件fopen()函数；2关闭数据文件fclose()函数；3读文件操作：读字符fgetc()，读数 据块fread(),格式化读函数fscanf()，字符串读函数fgets()； 4.写文件操作：写字符fputc(), 写数据块fwrite()，格式化写函数fprintf()，字符串读函数fputs()。第三章计算机图形学基础 计算机绘图是CAD/CAM的重要组成部分。它的发展有力地推动了 CAD/CAM的研究和应用，为CAD/CAM提供了高效的工具和手段；

16、而CAD/CAM的发展又不断提出 新的要求和设想，其中包括对计算机绘图的要求，因此，CAD/CAM的发展与计算机绘图的发展有着密不 可分的关系。计算机绘图系统：1.图形输入设备(键盘、鼠标、数字化仪、图形扫描仪、数码相机、其他 输入设备)；2输出设备(图形显示器、打印机、绘图仪)。计算机绘图软件的主要功能：1.窗口定义 与视区；2图形描述；3图形比那几与转换；4图形控制；5图形文件处理；6交互处理功能。绘图软件 的类型：1基本绘图指令软件；2图形支撑软件：提供子程序软件包的形式，交互式式绘图软件；3. 专用图形软件。图形软件标准：1图形标准：GKS图形核心系统，PHIGS程序员层次交互图形系统

17、； 2图形和图像编码：CGM计算机图形元文件编码，CGI计算机图形接口编码；3数据交 换标准： IGES初始图形交换规范，STEP产品模型数据交换标准。图形几何变换是计算机图形学的核心基础， 是CAD/CAM系统必不可少的重要内容，也是实现动态仿真、虚拟现实(VR)技术的基础。图形几何变换(简 称图形变 换)是对一个二维或三维图形的表示和处理。无论何种图形，都是由图形的顶点坐标、顶点之间 的拓扑关系以及组成图形的面和线的表达模型所决定的。二维图形的基本变换主要包括：比例变换(图形 的缩小与放大)、对称变换(或映射变换)、旋转变换、平移变换、错切变换和透视变换等。如右图是3x3的 齐次矩阵，各元

18、素取值不同，实现不同的图形变换。其中左上角的2x2矩阵是进行比例、对称、旋转、 错切等变换，右上角2x1矩阵是进行透视变换，当p=q=O时无透视作用；左下角的1x2矩阵是进行平 移变换，分别是x,y方向的平移量；l,m右下角的一个元素是对图形进行缩放变换，s=1时图像按比 例放大，0s1 1 x,y轴等比例放大（缩 小）d 0 a=d=1恒等比例变化0 1 a#d x,y轴非等比例变换 比例变换1 0 0 I是x方向的平移量T= 0 1 0 I m 1 m是y方向的平移量 平移变换第四章CAD/CAM建模技术在CAD/CAM中，建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计 算机内部数字化表达的

19、原理和方法，是定义产品在计算机内部表示的数字模型、数字信息以及图形信息 的工具，是产品信息化的源头，它为产品设计、制造、装配、工程分析以及生产过程管理等提供有关产 品的信息描述与表达方法，试试先计算机辅助设计与制造的前提条件，也是实现CAD/CAM集成化的核 心内容。CAD/CAM建模技术大致分为：1几何建模（线 框建模、曲面建模和实体建模等）；2产品建 模（特征模型和参数化模型等）；3产品结构建模（装配建模技术）。所谓几何造型，就是以计算机能 够理解的方式，对实体进行精确地定义，赋予一定的数学描述，再以一定的数据结构形式对所定义的几何 实体加以描述，从而在计算机内部构造一个实体模型。几何造型

20、的作用及意义：几何造型产生的模型是对 产品确切的数学描述，或是对产品某种状态的真实模拟，能够为各种不同的后续应用提供信息，几何造型 技术是CAD/CAM系统中的关键技术。根据描述几何形体方法及储存的几何信息、拓扑信息的不同，几何 造型模型可以分为线框模型、表面模型和实体模型。线框模型是最简单的一种造型方法，它利用产品形体 的棱边和顶点来表示产品几何形状，描述的是产品的轮廓外形，数据结构采用表结构，储存的是该物体的 顶点和棱线信息。线框模型的优点是：具有很好的交互作图能力，数据结构简单，对硬件要求不高，显示 相应速度快，通过投影变换可以快速生成三视图、任意视点和方向的透视图和轴测图，并能保证各视

21、图间 正确的投影关系，至今仍被普遍使用，作为建模的基础与表面模型和实体模型密切配合，成为CAD建模 系统中不可缺少的组成部分。线框模型的缺点是：由于线框模型只有棱边和顶点的信息，缺少面与边、面 与体等拓扑信息，因此形体信息的描述不完整，容易产生多义性，对形体占据的空间不能正确描述；此外， 由于没有面和体的信息，不能进行消隐、不能产生剖视图、不能进行物性计算和求交计算、无法检验实体 的碰撞和干涉、无法生成数控加工的刀具轨迹和有限网络的自动划分等。表面模型是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。表面模型 的优点：相对于线框模型来说，

22、表面模型增加了面、边的拓扑关系，因而可以进行消隐处理、剖面图的生 成、渲染、求交计算、数控刀具轨迹的生产、有限元网格划分的作业等。表面模型的缺点：表面模型仍然 缺 少体的信息以及体、面间的拓扑关系，无法区分面的哪一侧是体内或体外，仍不能进行物性的计算和分析。 表面模型的用途：起初只能用于多面体结构形体，对于一些曲面形体必须先进行离散化，将之转换为由若 干个小平面构成的多面体在进行构造处理。随着曲线曲面理论的发展和完善，曲面建模代替了初始的 表面建模，成功应用到CAD/CAM系统中。实体模型是由若干表面组成的封闭体，这些表面之间具有一定 的拓扑关系，表面之间通过环、边、点建立联系，表面的方向又围

23、绕向量决定，表面法向量总是指向形体 之外。实体模型的特点：实体模型与表面 模型的区别在于，前者构成形体的表面之间具有一定的拓扑关系， 表面的方向可以判断形体在表面的哪一侧；由于实体模型能够定义三维物体的内部结构形状，因此能完整 的描述物体的所有几何信息；实体模型支持剖切、消隐、物理计算和有限元分析。形体的信息结构：采用 六层拓扑结构定义：1体（提示有封闭表面围成的有效空间，其边 界是有限各面的集合。具有良好边界 的形体定义为正则形体，正则形体没有悬边、悬面或一条边有两个以上的邻面，反之为非正则形体）； 2壳（壳由一组连续的面围成，实体的边界称为外壳，如果壳所包围的空间是个空集则为内壳。一个连通

24、 的物体由一个外壳和若干个内壳构成）；3面（面由一个外环和若干个内环界定的有界、连通的表面。面 有方向性，一般用外法向量方向作为该面的正方向）；4.环（环是面的封闭边界，由有序、有向的边组成。 环不能自交，且有内外之分，确定面的最大的边界叫做外环，而确定面中孔或凸台周界的环叫做内环）； 5边（边是实体两个邻面的交界，对正则形体而言一条边有且只有两个相邻面，在正则多面体中不允许有 悬空的边。一条边有两个顶点，分别称为该边的起点和终点，边不能自交）；6顶点（顶点式边的端点， 为两条或两条以上边的交点。顶 点不能孤立存在于实体内、实体外或面和边的内部）。正则集合运算： 通过布尔运算得到。具有良好边界

25、的形体定 义称为正则形体。正则形体没有悬边、悬面或一条边有两个以 上的邻面。欧拉检验公式：符合欧拉公式的物体称为欧拉物体。实体造型的基本方法：体素调用法、空 间位置枚举法、单元分解法、扫描变换表示法、体素构造表示法、边界表示法。特征建模是以几何模 型为基础并包括零件设计、生产过程所需的各种信息的一种产品模型的方案。特征造型的特点：1目的是 通过建立面向产品制造全过程的统一产品模型，替代传统的产品设计方法及技术文档，使 得一个工程项目 或机电产品的设计和生产准备各个环节可以并行展开，信息流畅通。2使产品设计工作在更高层次上进行， 设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素。3有

26、助于加强产品设计、分析、工艺 准备、加工、检验各部门之间的联系，更好的将产品的设计意图贯彻到各个后续环节并且及时得到后者的 意见反馈，为开发新一代的基于统一产品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系统创造条件。4有助于推 动行业内的产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化，使得产品设计中及早考虑制造要求，保证产 品结构有更好的工艺性。5.推动各行业实践经验的归纳总结，从中提炼更多规律性知识。特征的定义：特 征反映设计者和制造者的意图是由一定拓扑关系的一组实体元素构成的特定形状，它还包括附加在形状 之上的工程信息，对应于零件上的一个或多个功能,能够被固定的方法加工成形。特征的分类：1.形状特

27、 征（STEP标准分类：体特征、过度特征、分布特征；构造 零件中所以作用分类：基本特征、附加特征）； 2装配特征；3精度特征；4材料特征；5分析特征；6补充特征（一般把形状特征与装配特征叫做造型 特征，其他特征叫做面向过程的特征）。特征识别过程：1搜寻特征库，以匹配拓扑/几何模式。2从数 据库中提取已识别的特征。3确定特征参数。4完成特征的几何模型。5将简单的特征组合，一伙的高层 特征。特征识别的方法：1.匹配法。2形体构型元素生长法。3体积分解法。4自CSG树中识别法。基于 特征的设计方法：1特征分割造型；2特征合成法。参数化设计：参数化设计用约束来表达产品几何模型， 定义一组参数来控制设计

28、结果，从而能够通过调整参数来修改设计模型。参数化设计方法与传统设计方法 相比，最大的不同在于他储存了设计的整个过程，设计人员的任何修改都能快速地反映到几何模型上，并 且能设计出一组形状相似而不是单一的产品模型。参数化设计系统的功能：1.从参数化模型自动导入精确 地几何模型；2通过修改局部参 数来达到自动修改几何模型的目的。约束种类：1.尺寸约束；2几何约束。 参数化模型分类：1.具有固定拓扑结构的几何参数模型；2具有变化拓扑结构的几何参数模型。参数化技 术的主要特点：1基于特征；2全尺寸约束；3.尺寸驱动设计修改；4全尺寸相关。参数驱动的定义：采 用图形系统完成一个图形的绘制后，图形中的各个实

29、体奏议一定的数据结构存入图形数据库中。图形数 据库数据形式：1实体属性数据；2实体的几何特征数据。约束联动：通过确定约束之间的相关关系， 以达到控制线段、圆弧的变化。次约束的简化方法：1图形特征联动；2相关参数联动。第六章计算机辅助工程分析（CAE）有限元法是求解数理方程的一种数值计算方法，是求解工程实 际问题的一种有力的数值计算工具。有限元法的基本思路：将一个形状复杂的连续体的求解区域分解成 有限个单元组成的等效组合体，通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量问题简化为求解有限个单元 节点上的场变量值。此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来的描述真实连续体场变量的微 分方程组，从而

30、大大降低了求解的难度。其解的精度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函 数。单元类型种类：1杆、梁单元；2板单元；3.多面体单元；4薄壳单元。有限元分析过程：1连续弹 性体的离散化（注意问题：当分析对象的结构具有对称性时，应尽量利用对称性条件取其对称或反对称 的一部分进行单元划分；任意三角形单元的顶点，必须是相邻单元 的顶点，而不能是相邻单元的内点， 三角形单元各边边长不应相差太大，不要出现钝角；在应力集中或应力变化较大的区域，单元应分得细 一点，厚度或材料发生突变的地方，应规定为单元的边界线。；2单元分析（单元位移）函数、几何方程、 弹性方程、虚功方程）；3整体分析（整体分析的基本思

31、路：根据节点的平衡条件，相应的刚度和载 荷必须相加；整体刚度矩阵的集合；整体载荷向量的建立：i.节点处载荷向量的处理；ii.对非节点载荷 的处理。约束条件）；4求解未知量（求解位移；计算应力o、应变和约束力）。有限元分 析的前置处理 是指有限元分析之前的诸多数据处理过程。有限元分析前处理的基本内容：1几何模型生成； 2有限元网格的自动生成；3有限元属性数据的生产；4模型检验、错误诊断与修改。有限元网格自动生 成方法：1.以几何模型的输入数据为基础的方法；2以几何模型数据结构为基础的方法。有限元分析的后 处理是有限元分析过程的校核和输出结果的加工阶段。后处理实现的内容：1.将节点位移、单元应力或

32、内 力的力学数据，转换为设计人员所关心和熟悉的设计参数；2对浩繁的数据进行编辑，筛选出关键的有用 数据，按用户要求的格式输出规格化的数据文件；3利用计算机图形显示和绘图更加形象、有效地表示有 限元模型和计算结果。三维有限元后处理步骤：1有限元网格图；2内部消隐；3节点应力推算；4在等 值线形成；5变形图；6结构截面的应力及变形图；7整体消隐；8最大值、坐标、节点号的输出。输出 的结果根据操作者的要求形象化为：变形图、应力等值线图、应应变彩色浓淡图、矢量 图及振型图，?， 直观显示载荷作用下零件的变形，零件各部分的应力、应变或温度场的分布？载荷：加速度、重力加速度、 角加速度、压力、集中力、静水

33、压力、轴承负载、力矩、远程载荷、螺栓预紧力、线压力。约束：对称约 束、非对称约束、固定约束、已知位移、弹性约束、无摩擦约束、圆柱面约束、简单约束、转动约束。加 载及约束方法1:在图形窗口选择几何体，然后在Context Toolbar中加载和约束。2在Context Toolbar 中加载和约束，然后选中几何体并点击“apply” 。-结果：各个方向变形及总变形；应力应变分量、主 应力应变 或者应力应变不变量；接触输出；支反力。第七章CAD系统的二次开发技术二次开发的定义：软件的二次开发是指在现有软件的基础上，为提 高和完善软件的功能，是指更加符合用户需要而做的软件开发工作。二次开发的意义：消

34、除基础软件的功 能与用户要求之间的距离。二次开发的特点：1提高与继承性；2专业性；3相对简单性；4实用性。二 次开发的内容：1交互式系统的完善；2交互式系统、数据库管理系统、有限元分析系统间的连接和 相互调用(各个系统与高级语言的接口设计)；3参数化设计模块的设计；4界面设计(图标、对话框 设计)；5国家标准数据库的建立；6工程符号和汉字的处理。机械CAD软件的二次开发基本思路： 以交互式图形系统为主要支撑，以图形系统的用户语言为进程的控制者，以高级语言为系统连接及数据库 转换的枢纽，开发一个及参数化设计零件、交互式编辑图形、数据的系统管理、零件的有限元分析为一体 的机械CAD软件系统。开发软

35、件应具备的功能：1.交互式图形处理功能；2设计计算功能；3.参数化绘 图功能；4校核功能；5有限元分析功能；6数据库管理功能。开发要求：1.结果正确；2操作方便；3友好 的人机交互界面。AutoLISP编程步骤：1.选定结构形式；2参数确定；3通过已确定的参数确定构成图形 的其他 几何数据；4编制绘图程序;5编译和调试程序；6加载程序；7运行程序。例程：正方形偏移(defun c:juxing2 () (command zoom e) (command erase all”);清除所有(setvar osmode 0) (setvar Itscale 3);设置全局线性比例因子为 3 (com

36、mand -layer m tuceng1 l continuousc t 0,0,0)淀义图层，名字tuceng1，线型连续，颜色为真彩色，0,0,0 (setvar clayer tuceng1);设置当前 图层为tuceng1 (setq p0 (getpoint n原点P:);通过点击获得点p0 (setq a (getreal n最外层正方形 边长a:);获得正方形边长a (setq d (getreal n每个正方形的偏移量d:);获得正方形偏移量d (setq judge (getreal n 1.向内偏移2.向外偏移:)；获得判定条件(setq n (getint n偏移个数n

37、:);获得偏移 个数 n (setq p1 (polar p0 (* 0.75 pi) (* (sqrt 0.5) a);定义矩形左顶点(setq p2 (polar p0 (* -0.25 pi) (* (sqrt 0.5) a);定义矩形右顶点(command rectang p1 p2);生成矩形(setq p3 (list (car p0) (- (cadr p0) (+ a (* n d) (if (= judge 1) (setq pm p0) (setq pm p3) (repeat n (command offset d (entlast) pm ) (command zoom

38、 e)循环：(repeat n (执行语句)；n为循环次数，循环完成一次n-1第十一章CAD/CAM集成技术的发展方向CAD/CAM技术的定义：是一项利用计算机帮助工程技 术人员完成设计与制造任务的新技术。这种技术将传统的设计与制造彼此相对分离的任务作为一个整体来 规划和开发，实现信息处理的高度一体化。CAD/CAM的组成：硬件部分：1计算机主机；2输入装置； 3输出装置；4储存装置；5生产装 备；6网络。软件部分：1系统软件；2支撑软件；3应用软件。AutoCAD command命令摘录：“，(”表示有回车或空格，”表示无回车或空格)“、arc圆弧(默认为起、 二、端3点圆弧、circle圆

39、(圆心、半径，)line直线rectang矩形(对角两点、)ellipse椭 圆(中心、短(长)轴、长(短)轴、)fit样条曲线polygon正多边形(输入边数，中心点、选择内 切i、外接c,指定半径，)move移动(选择对象，指定基点、指定第二个点，)rotate旋转(选 择对象，指定基点、角度值，)trim修减(选择剪切对象，选择被剪切对象，)extend延伸(选择 延伸终止边，选择延伸边，）copy复制（选择对象，选择基点、选择复制点（可多个），mirror镜 像（选择对象，选择镜像第一点、选择镜像第二点、是Y否删N除原对象，join合并（选择多个对象，） fillet圆角（R,半径值，

40、第一边、第二边、）chamfer倒角（d，第一边倒角距离，第二边倒角距离，第 一边、二边、）scale缩放（选择对象，指定基点、比例因子，arrayrect矩形阵列（选择对象，c,行 数值，列数值，s,间距，）arraypolar环形阵列（选择对象，指定阵列中心、阵列数（加本体）， 阵列角度，break打断（选择对象、打断点、）offset偏移（偏移距离值，选择对象、偏移方向选 择、）dimlinear线性标注（测点一、测点二、尺寸放置点、）dimaligned对齐线性标注（测点一、 测点二、尺寸放置点、）dimangular （边一、边二、尺寸放置点）dimradius半径标注（选择圆弧、尺

41、 寸位置点）dimdiameter直径标注（选择圆弧、尺寸位置点） 补充：第一章接口的定义：是一种能够实现两个以上系统间信息交换的程序或方法。其核心内容就是由 其中一个系统（文件）读出信息，将信息写入另一个系统（文件）。最小二乘法就是将离散数据（数表 中的数据）近似地表示为一连续函数pn（x），通过找出一条平滑的最佳拟合曲线来代替离散的数表数据。 第三章 齐次坐标：就是用n+1维向量表示一个n维向量。工程上常用的曲线：规则曲线：（能用函数 描述）摆线、渐开线、圆锥曲线。自由曲线：（不能用函数描述）三次参数样条曲线、圆弧样条曲线、 贝塞尔（Bezier）曲线、B样条曲线、NURBS曲线。第五章1

42、设计的两种方法:自顶向下、自底向上；2建模时必须以基准面为基准；3由平面来担任基 准面；4旋转偏移原始坐标面，以实体特征为基准面；5特征有哪些形式:基于草图（拉伸、旋转、扫描、放 样）基于特征（倒角、圆角、抽壳、筋、拔模、孔、线性/圆周阵列、镜像）；第八章CAM和CAD数据共享传送：数列格式转换，如parasolid建模系统支持实体/通用单元/自 由形状建模。许多系统使用，包括Master-CAM,格式拓展名为x_t，xmt_txt。CAD、CAM、CAPP 一 体化：工程设计自动化系统通常包括：CAD、CAPP、CAM三部分组成，其集成化是CIMSC计算机集 成制造的重要性能指标，是产品数据

43、格式标准化，实现数据的交换与共享。数据交换接口规范：IGES、SET、 PDES、STEP，用的最多的是STEP。第九章检索式基本原理：按照零件编码或图号将企业现行各类工艺文件存入计算机数据库。设计时 根据零件编码或图号，在工艺文件库中检索类似零件的工艺文件，由工艺人员采用人机交互方式修改、编 辑。特点：检索式CAPP系统实际上是一个工艺文件数据库的管理系统，功能较弱、自动决策能力差、 开发难度小，操作方便，实用性强，与企业现有设计工作方式相一致，得到很多企业的认可，具有很高的 推广价值。基于GT的派生式基本原理：利用成组技术（GT）代码或企业现行零件图编码，根据结构和工艺 相似性将零件进行分

44、组，然后针对每个零件组编制 典型工艺（主样件工艺）特点：派生式CAPP系统 柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发，可移植性差，不能用于全新结构的零件工艺设计；工 作原理简单，容易开发，实际投入运行的系统大多是派生式系统。基于特征的派生式CAPP系统基本思 想是利用已解决问题的结果求解新问题，是基于实例的推理方法特点：用基于特征的零件信息模型取代 GT码；用样件（或实例）分类索引树来取代零件分组；用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的；工艺过 程筛选策略；在样件的基础上增加了实例的概念特征矩阵法：对零件分组时，先将零件代码与特征矩阵进 行比较，如果与零件代码各个位的数值相对应的矩阵位置上都是

45、1,则认为该零件与此特征矩阵相匹配， 该零件就分入这个组。Opitz编码系统：12345 6789 ABCD前9位数字码用来传送设计和制造信息，最 后4位数ABCD用于识别 生产操作类型和顺序，称辅助代码，由各单位根据特殊需要设计安排。成组技 术：利用产品零件间的相似性，将零件分类成组，然后根据每组零件所特有的相似特征为其同组零件找 出相对统一的最佳处理方法，从而在不改变原有的工艺和设备的条件下，取得提高效率、节省资源、降低 成本的效率。创成式CAPP系统工作原理：让计算机模仿工艺人员的逻辑思维能力，自动进行各种决策， 选择零件的加工方法，安排工艺路线，选择机床、刀具、夹具，计算切削参数、加工

46、时间、加工成本，并 对工艺过程进行优化。特点：创成式方法接近人类解决问题的创新思维方式；方便地设计出新零件的工艺 规程，有很大的柔性，还可以和CAD系统以及自动化的加工系统相连接，实现CAD/CAM的一体化。决 策树：是系统工程中决策支持系统常用的方法，也是传决策表：将一组用语言表达的决策逻辑关系用一个 表格表达，方便计算机语言表达该决策逻辑，是计算机软件设计的基本工具。基于专家系统的工艺决策方 法：将AI（Artificial Intelligence，人工智能）技术应用在CAPP系统中所形成的专家系统。综合式CAPP 系统：将派生式与创成式结合起来，采取派生与自动决策相结合的工作方式，也称

47、半创成式CAPP。简 答题：1派生式CAPP系统的工作原理是什么？答案:派生式CAPP是利用零件GT（成组技术）代码（或 企业现行零件图编码），将零件根据结构和工艺相似性进行分组，然后针对每个零件组编制典型工艺，又 成主样件工艺。工艺设计时，首先根据零件的GT代码后零件图号，确定该零件所属的零件组然后检索 出该零件的典型工艺文件，最后根据该零件的GT代码和其他有关信怠对典型工艺进行自动化化人机交 互式修改生成符合要求的工艺文件。2什么叫文件？常用文件的组织方式有ps些？答案:文件是数据管理 的一种形式他能独立于应川程序单独存储。常用文件的组织方式:顺序文件，索引文件.直接存取文件（3 分）。3

48、根据个人理解解释CAD/CAM的概念.答案:CAD/CAM是由多门学科和多项技术综合形成的一项 技术科学。它表明在许多方面可以利用计算机帮助设计制造和销冉各种产品。广义的CAD/CAM包括 CAD-CAPP-CAE-CAQ-CAPMS-CAM技术。从产品的制造过程理解CAD/CAM.是指从市场需求分析- 产品设计-工艺设计-生产阶段直到装配成产品这一过程的计算机化。实际用应用中，包括软件和硬件两部 分。4实体建模系统的特点是什么？答案:实体建模系统对结构体的几何拓扑信息表达克服了线框建模的 二义性，以及曲面建模容易丢面的缺点，从而可以自动生成既有真实感图形的生成和物体间的干涉检验。 产品设计、

49、分析和制造工序中的所需要的关于物体的几何描述方面的数据可从实体模型中获得。）第八 章计算机辅助制造概论CAM的定义：广义的CAM指利用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造 过程，其中包括直接制造过程和间接制造过程。内容涉及计算机辅助制造的环境、辅助设计和辅助制造的 衔接，计算机辅助零件信息分类和编码的成组技术（GT），计算机辅助工艺设计和工艺规划（CAPP）， 计算机数控技术（CNC），计算机辅助工装设计，计算机辅助质量管理和质量控制，计算机辅助数控编 程，计算机加工过程仿真，数控加工工艺，计算机辅助加工过程监控等。狭义的CAM就是计算机辅助 机械加工，更明确的讲，就是自动编译数控加工的程序

50、，它的输入信息是零件的图形、工艺路线和工序的 内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹和数控程序。其核心是数控编程和数控加工工艺的设计。计算机 辅助制造是先进制造技术的重要组成部分和基础内容，而数控编程和数控加工则是计算机辅助制造的核 心内容。CAM系统的特点：1.CAM是一个多学科的综合应用技术；2.CAM系统不仅要求操作人员有深 厚的工艺知识北京，还需要有很高的CAD应用技巧；3.CAM技术的发展是一个不断吸收和利用CAD 及周边相关技术的应用成果，不断发展的过程，是自动化、智能化水平不断提高的过程，是CAM系统结 构及基本处理方式不断向适应工程化概念的方向发展的过程；4.CAM软件具有高度的

51、集成化，多数已实现 了与CAD软件和CAE软件（计算机辅助分析）的一体化；5生产实际的需求是所有技术发展与创新的 原动力。CAM技术发展的方向：1.智能化；2三维化；3集成化；4网络化。计算机辅助制造系统的硬件： 1主机；2外存储器；3输入/输出设备。CAM软件系统的层次结构：1系统软件（用于计算机的管理、 维护、控制和运行，以及计算机程序的翻译、装入及运行，包括操作系统和语言编译系统）；2支撑软 件（图形支撑软件、数据库管理系统、计算机网络工作软件）；3应用软件。CAM软件系统配置的模块 组成：1三维交互造型模块；2工程绘图模块；3数控加工模块；4仿真设计模块；5动态仿真模块。CAM 软件系

52、统功能实现步骤：i.前置处理方面（1考虑系统的数据输入接口； 2.加工支持的走刀方式以及其他 一些工艺适应性）ii.后置处理方面；（根据前置处理得到的刀具轨迹和工艺参数信息，结合特定数控 机床的性能及其所要求的数控程序格式，生成特定机床所能识别的数控程序）；iii综合性能方面（1.易 学易用性；2发展性）CAM应用软件的选用原则：。1操作使用的方便性；2软件的集成化程度； 3.CAD功能；4.CAM功能（检测时的注意方面：建立二维和三维刀具路径的难易程度，加工方法的 多样性，刀具路径是否易于编辑和修改；是否有刀具和材料数据库，使系统能自动生成进给速度和主 轴转速，有无内置的防碰撞和防过切功能，

53、能否手动调整任何机加工默认值，能否对加工过程进行 模拟和估算时间）；5后处理程序和数控码输出；6升级方法和技术支援。第九章计算机辅助工艺设计（CAPP）计算机辅助工艺设计定义：是指借助于计算机软硬件技术和 支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程的一种技 术。计算机辅助工艺设 计意义：其将产品设计信息转化为各种加工制造、管理信息的关键环节是连接 CAD/CAM的桥梁。计算机辅助工艺设计基本功能：1.工艺决策；2工艺尺寸的确定；3工艺参数的确定; 4工序图的生成和绘制；5工时定额的计算；6工序卡的输出。现代CAPP软件应具备的技术：1.工艺数 据的格式化

54、是现代CAPP要重点解决的问题之一；2现代CAPP系统要求构建在一种标准的对象模型的 基础上；3现代CAPP软件是一个完整的分布式网络应用系统；4.CAPP系统是一个表格处理、文字处理、 图形处理，数据库访问综合技术的复杂系统；5现代CAPP系统需要独立的、可定制的、有编程接口的、 开放的安全系统。CAPP的系统原理：将经过标准化或优化的工艺或编制工艺的逻辑思想通过CAPP系 统存入计算机；在计算机生产工艺时，CAPP软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族 的复合工艺和有关工序，经过删减和编辑（即派生方式）或按工艺决策逻辑进行推理（即创成方式）自动 生成具体零件的工艺。CAPP系统的组成:1.零件的信息的获取；2工艺决策；3工艺数据与知识库；4. 人机界面；5工艺文件的编辑与输出。CAPP的发展趋势：1知识化、智能化；2工具化、工程化；3集 成化、网络化；4交互式、渐进式。