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（3）由于采用了计算机辅助分析技术，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。

（4）有利于实现产品的标准化、通用化和系列化。

（5）减少零件早车间的流通时间和在机床上装卸、调整、测量、等待切削的时间，提高了加工效率。

（6）先进的生产设备既有较高的生产过程自动化水平，又能在较大范围内适应加工对象的变化，有利于企业提高应变能力和市场竞争力。

（7）提高了产品的质量和设计、生产效率。

（8）CAD/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。

第2章CAD/CAM系统

1.CAD/CAM系统的组成

硬件系统：

计算机、存储设备、输入设备、生产设备、输出设备。

软件系统：

系统软件、支撑软件、支撑软件。

2.根据CAD/CAM系统使用计算机硬件及其信息处理方式的不同，CAD/CAM系统的分类为：

以大型计算机或小型计算机为主机的系统；

工程工作站；

微型计算机；

3.根据使用的支撑软件规模大小的不同，CAD/CAM系统分为：

CAD系统（专门为完成设计任务而建立的）；

CAM系统（专门面向生产系统）；

CAD/CAM集成系统（专门面向CAD/CAM一体化而建立的）

4.根据是否使用计算机网络，CAD/CAM系统可分为：

单机系统；

网络化系统；

5.计算机基本系统（计算机；

存储设备）：

（1）主机（包括中央处理器、内部存储器）；

（2）外部存储器：

磁盘类（软盘存储器、可移动硬盘、固定硬盘存储器、U盘）

磁带类、光盘类（光盘存储器）；

（3）显示器、键盘、鼠标。

6.输入设备（填空、选择、判断）：

键盘；

鼠标和操纵杆；

数字化仪；

图形版（图形输入板）；

光笔；

触摸屏；

扫描输入设备；

语音输入设备；

数据手套；

位置传感器；

7.输出设备（填空、选择、判断）：

显示器；

打印机；

绘图机；

立体显示器；

3D听觉环境系统；

生产系统设备[加工设备（各类数控机床、加工中心）；

物流搬运设备（有轨小车、无轨小车、机器人）；

仓储设备（立体仓库、刀库等），辅助设备（对刀仪）]；

生产设备接口；

8.网络设备：

服务器；

工作站；

电缆；

网卡；

集线器HUB；

中继器（放大信号）；

路由器；

网桥（用于连接不同网路协议）；

网关；

9.CAD/CAM软件系统：

分为3个层次，即系统软件、支撑软件、应用软件；

（1）系统软件（3部分）：

操作系统（是计算机运行工作的基础软件，因而是系统软件的核心）；

计算机编程语言（是用户将所要完成的任务转化为计算机所能识别并执行的作业的基本工具）；

网络通讯及其管理软件；

（2）机械CAD/CAM支撑软件（6大部分）：

基本图形资源与自动绘图、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。

基本图形资源与自动绘图软件（图形资源：

CGI;

GKS;

PHIGS;

Apollo计算机上的GMR,GPR,DIALOGUE自动绘图软件：

AutoCAD;

CADkey;

PD;

）；

几何建模软件（I-Deas;

Pro/E;

UGII;

CATIA;

SolidWorks;

SolidEdge）；

工程分析与计算软件（SAP;

ASKA;

NASTRAN;

ANSYS）；

仿真与模拟（ADAMS）;

专用设备控制程序生成;

集成与管理（数据库管理系统：

ORACLE;

SYBASE;

INGRES;

FoxPro;

SQL;

Server）;

（3）应用软件：

检索与查询软件；

专用计算与算法软件；

专用图形生成软件；

专用数据库；

专用设备接口与控制程序（含专用设备驱动程序）；

专用工具软件；

10.CAD/CAM系统设计的设计原则（简答题/选择）

10.1CAD/CAM系统总体原则：

实用化原则；

适度先进性原则；

系统性原则；

整体设计与分布实施原则；

10.2CAD/CAM系统中硬件设备的选用原则：

系统功能与能力；

系统的开放性与可移植性；

系统升级扩展能力；

良好的性能价格比；

系统的可靠性、可维护性与服务质量；

10.3CAD/CAM系统中软件的选用原则：

系统功能与能力配置；

软件性能价格比；

与硬件匹配性；

二次开发能力与环境；

开放性；

可靠性；

软件供应商的综合能力；

第4章图形处理技术基础

1.图形：

是由所表示物体的由几何信息和拓扑信息共同描述的；

几何信息：

物体在欧氏空间中的形状、位置和大小，最基本的元素是点、线、面；

拓扑信息：

拓扑元素（顶点、边棱线和表面）的数量及其相互间连接关系。

2.图形的几何变化只改变图形的顶点坐标和面、线的表达模型的参数，不会改变他们的拓扑关系，且面、线的表达模型参数也是由相关的顶点坐标所确定的。

因此，从原理上讲，图形的几何变化，实际上是点的坐标变换。

3.二维图形的基本变换：

比例变换、对称变换、旋转变换、平移变换、错切变换、透视变换等。

4.二维图形的组合变换：

将一个复杂的变换，分解为几个基本变换，给出各个基本变换矩阵，然后将这些基本变换矩阵按照分解顺序相乘得到相应的变换矩阵，称之为组合变换矩阵。

5.三维图形基本变换（7种，填空、选择、判断）：

比例变换、平移变换、旋转变换、对称变换、错切变换、投影变换和透视变换。

6.工程图的生成（联合第五章组成综合题）——主视图、俯视图、左视图的运算矩阵会考

7.图形的消隐技术

当沿着投射线观察三维物体时，由于物体自身某些或者其它物体的影响，造成某些线段或面被遮挡，这些被遮挡的线称为隐藏线，被遮挡的面称为隐藏面。

将这些隐藏线与隐藏面消除的过程就是所谓消隐。

查找、确定并消除隐藏线和隐藏面的技术即是消隐技术。

8.消隐算法中的基本测试方法（填空、选择）：

（对象空间法：

对象空间是三维空间；

；

图象空间法：

图象空间是二维空间）

8.1重叠测试

8.2包含性测试（测试点与多边形的包含关系有两种方法，射线交点数算法、夹角求和算法）

8.3深度测试（优先级测试与物体空间测试）

8.4可见性测试

9.常用消隐算法

9.1Warnock算法（区域细分算法）：

针对平面多面体图形消隐显示的算法。

（2个前提条件：

（1）所显示的多面体已消除自隐藏面；

（2）多面体的顶点和边的坐标以及各顶点的深度已知。

）p97-p98

9.2Catmull曲面分割算法（曲面子分算法）p98

9.3Z缓冲器扫描线算法p98（深度缓冲器算法——Z缓冲器算法）

Z缓冲器扫描线算法是Z缓冲区消隐算法的特例。

9.4扫描线算法是图形消隐中经常使用的方法。

9.5深度列表排序算法（画家算法）

第5章建模技术

1.计算机内部表达：

就是决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描绘、存储和表达现实世界中的物体及其相关的属性

2.产品数据模型：

将设计人员对产品或零部件的设计思想和工程信息以具有一定结构的数字化模型方式存储在计算机内部，并经过适当转换提供给生产过程各个环节使用的产品模型。

模型一般由数据、数据结构、算法三部分组成。

3.产品数据模型包括：

二维模型、三维线框模型、表面模型、实体模型、特征模型、集成产品模型、生物模型。

4.建模技术：

研究产品数据模型在计算机内部的建立方法、建立过程及采用的数据结构和算法的技术。

包括几何建模和特征建模。

5.几何建模：

以几何信息方式和拓扑信息反映结构体的形状、位置、表现形式等数据。

6.特征建模的概念源于以实体建模为基础，通过对零件几何要素的归纳，以零部件的设计自动化为目的，将产品的零部件设计中常用的几何体的集合定义为特征。

7.CAD/CAM建模的基本要求（简答）：

（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；

8.线框建模

8.1基本原理：

利用基本线索来定义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。

8.2用这种方法生成的线框模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描述的产品的轮廓外形。

在计算机内部生成的三维映像，还可以实现视图变换及空间尺寸的协同。

8.3线框模型的数据结构——表结构：

（1）顶点表完整地记录了个顶点编号，顶点坐标；

（2）边表完整记录了各边的序号及边上个端点的编号。

8.4线框建模特点（可能简答）：

（1）所需信息量最少；

（2）数据结构简单；

（3）占用储存空间小：

（4）对硬件要求不高：

（5）显示响应速度快；

（6）存在多义性；

（7）不能自动进行可见性检验及消影：

（8）物体的几何特性、物理特性计算困难。

（1-5为优点；

6-8为缺点）

9.表面建模：

是将物体分解为组成物体的表面、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。

9.1表面建模的优点：

能够实现消隐、着色、表面积计算、二曲面求交、数控刀规生成、有限元网格划分等，擅长于构造复杂的曲面物体，如模具、汽车、飞机等表面。

缺点是：

有时产生对物体二义性理解，操作也比较复杂。

9.2表面的描述方法：

平面、指纹面、回转面、柱状面、Bezier曲面、B样条曲面、孔斯曲面、圆角面、等距面。

9.3表面模型的数据结构为表结构。

包括顶点表、棱边表、面表。

9.4表面建模的特点：

（可能简答）

（1）表达了零件表面和边界定义的数据信息，有助于对零件进行渲染等处理，有助于CAM系统直接提取有关面的信息生成数控机床的加工指令。

（2）在物理性能计算方面，表面建模中信息的存在有助于对物性方面和面积相关的特征计算。

（3）一般来说，表面建模方式生成的零部件及产品可分割成板、壳单元形式的有限元网格。

（4）用户可直观的从事产品外形设计，避免表面形状设计缺陷。

9.5不足：

（1）理论上讲，曲面建模可以描绘任何复杂的结构体，但是从产品造型设计的有效性上看，曲面建模在许多场合下效率不如实体建模，特别是对不规则区域的曲面处理。

（2）曲面建模事实上是以蒙面的方式构造零件形体，因此容易在零件建模中漏掉某个甚至某些面的处理，这就是常说的“丢面”。

（3）无法表达产品的立体属性。

9.6曲面建模并不适宜用作表示机械零件的一般方法。

10.实体建模

10.1定义：

实体建模时通过定义基本体素，利用体素的集合运算（体素法）或基本变形操作（扫描法）实现构建物体的建模方法。

10.2实体建模主要包括两部分内容，及体素的定义和描述和体素之间的布尔运算（并、交、差）。

10.3体素法：

通过基本体素的集合运算构造几何实体的建模方法，每一基本体素具有完整的几何信息，是真实唯一的三维物体。

天赋包含两部分内容：

基本体素的定义与描述；

体素之间的集合运算（交、并、差）。

10.4体素可分为两大类：

基本体素和扫描体素。

10.5扫描法：

对于表面形状较为复杂，难于通过定义基本体素加以描述的物体，可以通过定基体的变形操作，实现物体的建模，这种构建方法称为：

扫描法。

10.6扫描法分为：

平面廓形扫描、三维实体扫描（整体扫描）

10.7扫描法需要个分量：

被移动的基体、移动的路径。

10.8实体模型的表示方法：

（1）边界表示法（网状数据结构）；

（2）构造立体几何表示法（二叉树结构）

实体有效性：

一般的建模系统都是允许用户以拉伸、旋转、扫描、放样等方式自己定义体素。

但是无论是基本体素还是自定义体素，都必须检查模型的有效性。

如果操作者定义的体素是有效和有界的实体，且操作运算符又是规范的，所生成的几何体模型也是有效和有界的。

CSG是建模系统中最常用的方法。

（3）混合表示法：

采用两种及两种以上的数据结构形式。

目前用得最多的是CSG与B-Rep的混合。

（4）空间单元表示法

10.9实体建模的特点：

（1）覆盖三维物体三维表面和实体同时生成；

（2）具有消隐功能；

（3）能够完整的描述物体的所有几何信息；

（4）能够实现产品的物理和几何特性的运算；

（5）可自行进行物体间的干涉检查；

（6）成为运动学分析等不可或缺的工具。

11.特征建模

11.1特征不是体素，是某个或某几个加工表面的。

特征不是完整零件，具有一定的拓扑关系。

11.2根据描述信息内容的不同可将特征区分为：

形状特征、精度特征、材料特征、技术特征。

形状特征：

“具有一定拓扑拓扑关系的一组几何元素构成的形状实体，它对应零件的一个或多个功能，并能被一定的加工方法所形成。

”

11.3特征建模的分类：

根据制造方法：

铸、锻、焊、机加工和注塑等特征；

按零件类型：

轴盘类、板块类、箱体类、自由曲面类；

按在设计过程中的作用分为：

基特征、正特征和负特征、主特征和辅助特征。

按特征的复杂程度：

简单特征和复杂特征；

11.4精度特征：

尺寸公差特征、形状公差特征、位置公差特征、表面粗糙度特征；

材料特征：

材料种类特征、性能特征、热处理特征。

11.5特征建模的特点：

（1）特征建模技术是产品设计工作在更高的层次上展开，产品的开发者关心的不再是如何实现原始的线条勾画呵呵体术的堆积，注意力是如何将产品的功能要素进行巧妙的组合；

（2）特征的引用直接体现了设计意图，使得建立额产品模型容易为被人理解和组织生产，设计的图样更容易修改；

（3）特征的定义是参数化的，在具体的零部件形体设计时将各个参数赋值，快速生成需要的形体；

（4）特征建模技术有助于推动行业内产品设计和工艺方法的规范化、标准化和系列化；

（5）特征建模技术促进了智能CAD系统和智能制造系统的开发；

（6）特征建模技术也是基于统一产品信息模型的CAD/CAM/CAPP集成系统的基础条件；

（7）特征建模技术着眼于更好地、更完整地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息，着眼于建立CAD系统与CAx系统、MRP系统以及EPR系统的集成化产品信息平台；

11.6特征建模的表示：

特征体素层、特征面关系层、特征几何元素定义层

11.7特征体素的定义与几何建模中CSG表示法的体素对应，通过特征定义、操作、变换和布尔运算完成特征建模过程。

特征面的模式定义包括特征面的组成、面的邻接关系以及面的作用和属性等。

特征面通过面构成空间邻接关系，同时特征面也是加工和检测中刀具和量具的接近表面。

11.8数据结构双向链表

11.9特征之间的联系：

（1）继承联系——位于上层的叫超类特征（父类特征），位于下层的叫亚类特征（子类特征），亚类特征可以继承超类特征的属性和方法；

（2）邻接联系（3）从属联系（4）参照联系（精度特征对形状特征基准的参照关系）

第7章计算机辅助工艺规程设计

1.计算机辅助工艺规程设计（简称CAPP）：

是通过计算机技术辅助工艺设计人员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程，即工艺规程。

2.CAPP的基本组成：

（1）控制模块：

协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制产品设计信息获取方式。

（2）零件获取模块：

用于产品设计信息输入，有人工交互输入、从CAD系统直接获取或自集成环境下统一的产品数据模型输入两种方式。

（3）工艺过程设计模块（4）工序决策模块（5）工步决策模块（6）输出模块（7）产品设计数据库（8）制造资源数据库（9）工艺知识数据库（10）典型案例库

（11）编辑工具库（12）制造工艺数据库

3.CAPP分为：

检索式、派生式、创成式、综合式（吧创成式）、CAPP专家系统；

4.派生式CAPP系统基本原理：

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，又称主样件工艺。

工艺设计时，首先根据零件的GT代码或零件图号，确定该零件所属的零件组，然后检索出该零件组的典型工艺文件，最后根据该零件的GT代码和其他有关信息对典型工艺进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件。

优点：

（1）原理简单；

（2）容易开发；

（3）有很强的实用性；

缺点：

（1）柔性差，只能针对企业具体产品零件的特点开发

（2）移植性差，不能用于全新结构的零件的工艺设计；

5.创成式CAPP系统基本原理：

根据零件的信息，通过逻辑推理规则、公式和算法等，做出工艺决策而自动地“创成”一个零件的工艺规程。

特点：

此类CAPP系统只能处理简单的、特定环境下的某类特定零件。

技术关键和难点：

（1）成组技术

（2）零件信息的描述与获取（3）工艺设计决策机制（4）工艺知识的获取及表示（5）工艺数据库的建立

6.应用CAPP技术的意义：

（1）克服传统工艺设计的局限性，大大提高了工艺设计的效率和质量，缩短了工艺设计周期，缩短了产品的设计与制造周期，提高了产品在市场上的竞争力。

（2）可将工艺设计人员从大量繁琐、重复性的手工劳动中解放出来，集中精力进行新产品开发。

工艺装备引进和新工艺的研究等创造性工作。

（3）可以提高企业工艺设计的规范性、标准化水平，并不断向最优化和智能化方向发展，促进工艺设计水平的提高；

（4）能有效的积累和集成工艺设计人员的经验，提高企业工艺设计的继承性，有效提高世界水平，解决工艺人员实践经验不足的矛盾。

7.CAPP的作用：

（1）克服传统工艺中的不足，促进工艺技术的发展；

（2）为现代制造系统集成提供了技术桥梁。

8.零件信息的输入方法可采用：

人机交互式输入或从CAD图形数据库中直接提取。

人机交互输入法中主要采用了成组技术代码法（GT代码法）或型面特征描述法。

9.建立表示零件的编码系统时，需要考虑的因素是：

（1）零件类型

（2）代码所表示的详细程度（3）码的结构：

链式、分级式或混合式（4）代码使用的数值（二、八、十、十六进制、字母数字制）

10.成组技术中，码的结构分为三种形式：

树式结构、链式结构、混合式结构

树式结构又称分级结构，码位之间是隶属关系。

包含信息量较多，但结构复杂，编码和识别代码不太方便。

链式结构又称并列结、矩阵结构，包含的特征信息比树式结构少，但结构简单，编码和识别也比较方便。

混合式：

系统中同时存在以上两种结构。

大多数都采用混合式。

11.成组代码描述：

我国JLBM-1零件编码系统。

12.型面特征描述：

几何形状特征，拓扑特征和方位特征，精度特征，材料特征，其他技术特

13.从CAD系统直接输入零件信息：

（1）特征识别法

（2）基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法；

（3）基于产品数据交换规范（STEP）的产品建模和信息输入方法。

14.派生式CAPP系统工作的基本原理（简答）：

利用零件的GT编码，检索出相应的零件组，进而检索出相应的标准加工工艺文件及主样件工艺，然后进行编辑秀海而生成零件的工艺。

15.零件组：

对工艺相似、结构形状相似和尺寸相似的一些零件，划分为一个零件加工组，简称零件组。

零件组划分：

直接观察法、分类编码法、工艺流程法（工艺规程分析法）。

直接观察法特点：

（1）全凭经验，简单易行

（2）为了已于制定典型工艺过程和派生新工艺，一个零件组包括的零件种类不易过多或过少，对于结构简单和相似性强的零件，其零件种数一般不超过100件，对较复杂的零件，一个零件组包含的零件种类数一般也不少于20种。

分类编码法：

JLBM-1第一到第六码位和第十三到第十五码位为特征码，7-12位不是特征码位。

特征码位，相应码域用1表示。

16.典型工艺的设计方法：

复合零件法、复合工艺法。

17.工步代码设计

18.工艺数据处理和工艺数据库建立：

（1）切削参数的确定

（2）工时定额计算（1.查表法2.公式计算法）

19.创成式CAPP系统的核心：

零件信息库、工艺知识库、推理机（控制程序）三部分。

四项关键技术：

（1）工艺知识的获取和表达方法

（2）工艺知识库的建立（3）推理机（4）零件信息库和工艺数据库的建立与管理。

工艺知识的表达方法：

（1）型面对应加工链法：

优点是写规则比较容易；

此方法试图把各种千变万化的工艺问题，用简单方法来处理，难以达到实用化目的。

（2）制定工序工步字典方法：

不具备通用性。

20.工艺知识的描述：

深化描述（框架法、语义网络法）、表层描述（生产式规则，即“IF-THEN”模式）

21.工艺知识库的建立一般利用软件二次开发

22.推理机设计：

推理是从已有知识推出新的事实（或结论）的过程。

推理机构成：

（1）运行库

（2）生成库（3）推理器（4）解释装置。

推理方式为归纳推理和演绎推理。

创成式CAPP系统采用基于规则的演绎推理。

CAPP中，基于规则推理过程的控制策略可采用目标驱动的反向推理方式。

（优点：

不必告诉那些与目标无关的信息，推理过程的方向性很强。

这种策略能对它的推理过程提供明确的解释，告诉用户它所达到的目标以及为此所使用的规则）

第8章计算机辅助数控加工编程

1.数控编程：

根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制成加工程序文件，这个过程称为零件数控加工程序编制，简称数控编程。

2.数控编程的方法：

手工编程；

自动编程。

自动编程：

语言自动编程（APT语言）和图形自动编程（交互式CAD/CAM集成化编程系统）

数控加工程序的内容：

（1）加工工艺决策（重点要解决的问题：

1.确定加工方案2.工夹具的设计与选择3.选择合理的走刀路径4.合理选择刀具5.确定合理的切削量）

（2）刀位轨迹计算（3）程序输入（4）数控加工程序正确性校验

工件坐标系的选择原则：

（1）所选的工件坐标系应使用程序编制简单；

（2）工件坐标系原点应选择在容易找正、并在加工过程中便于检查得位置。

（3）引起的加工误差小（4）编制或生成加工程序清单

3.数控程序指令：

准备功能G指令、辅助功能M指令、工艺指令（F/S/T）

4.图形交互自动编程的特点：

（1）简单、直观、准确、便于检查

（2）对实现CAD/CAM一体化极为有利（3）简单易学，在编程的过程中可以随时发现问题（4）速度快、效率高、准确性好（5）在通用的计算机上运行，不需要专用的编程机，便于普及推广。

5.图形交互式自动编程的基本步骤：

（1）几何造型

（2）加工工艺决策（3）刀位轨迹计算及生成（4）后置处理（5）程序输出（程序生成）

6.加工阶段划分：

粗加工阶段（圆柱立铣刀，行切）；

精加工阶段（球头铣刀，可以使用行切方式或者环切方式）

7.切削方式：

（1）点位