中南大學(xué)年《CAD／CAM技術(shù)及應(yīng)用》期末試題B卷及答案

1、一、在你所了解的現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)的一些新發(fā)展中，你認(rèn)為哪項(xiàng)新的技術(shù)最具吸引力？請(qǐng)將該項(xiàng)技術(shù)的基本概念（或定義）、基本原理、關(guān)鍵技術(shù)（或典型技術(shù)）、內(nèi)涵、組成、功能、體系結(jié)構(gòu)、應(yīng)用、發(fā)展等盡你所知做出比較全面的介紹。（30分）答：CAM是指計(jì)算機(jī)在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱(chēng)，有廣義CAM和狹義CAM之分。所謂廣義CAM，是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備工作到產(chǎn)品制造過(guò)程中的直接和間接的各種活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流過(guò)程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等主要方面。其中工藝準(zhǔn)備包括計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與制造、NC編程、計(jì)算機(jī)輔助工時(shí)定額和材料定額的編制等內(nèi)容；物流過(guò)

2、程的運(yùn)行控制包括物料的加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送、儲(chǔ)存等生產(chǎn)活動(dòng)。而狹義CAM通常指數(shù)控程序的編制，包括刀具路線的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及后置處理和NC代碼生成等。CAM中核心的技術(shù)是數(shù)控加工技術(shù)。數(shù)控加工主要分程序編制和加工過(guò)程兩個(gè)步驟。程序編制是根據(jù)圖紙或CAD信息，按照數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的要求，確定加工指令，完成零件數(shù)控程序編制；加工過(guò)程是將數(shù)控程序傳輸給數(shù)控機(jī)床，控制機(jī)床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使刀具和工件嚴(yán)格按執(zhí)行程序的規(guī)定相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出符合要求的零件。作為應(yīng)用性、實(shí)踐性極強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，CAM直接面向數(shù)控生產(chǎn)實(shí)際。生產(chǎn)實(shí)際的需求是所有技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新的原動(dòng)力，CAM在實(shí)際

3、應(yīng)用中已經(jīng)取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，并且在提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力方面發(fā)揮著重要作用。我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時(shí)主要集中在少數(shù)高校及航空領(lǐng)域等極小范圍。80年代初，開(kāi)始成套引進(jìn)CAD/CAM系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)和應(yīng)用；同時(shí)國(guó)家在CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面實(shí)施重點(diǎn)投資，支持對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)有影響的重點(diǎn)機(jī)械產(chǎn)品CAD進(jìn)行開(kāi)發(fā)和研制，取得了一些成果，為我國(guó)CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。90年代初，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，由國(guó)家科委牽頭開(kāi)始實(shí)施以“甩掉圖板”為突破口的CAD應(yīng)用工程；“十五”期間，CAD應(yīng)用工程與CIMS工程合并實(shí)施制造業(yè)信息化工程，這些工作極大地促進(jìn)了CAD/CA

4、M技術(shù)在我國(guó)制造工程領(lǐng)域的推廣和普及。二、某工廠生產(chǎn)一批無(wú)蓋金屬工具箱，要求工具箱的體積為0.5m3，底面面積不少于0.8m2，試寫(xiě)出耗費(fèi)金屬板面積為最小的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型（要求給出設(shè)計(jì)變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)），并指出求解該優(yōu)化模型的幾種可行方法。（10分）答：設(shè)計(jì)變量金屬箱的長(zhǎng)寬高分別為約束條件,目標(biāo)函數(shù)，可行性方法：線性規(guī)劃 如果設(shè)計(jì)問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是設(shè)計(jì)變量的線性函數(shù)，則稱(chēng)該設(shè)計(jì)問(wèn)題為線性規(guī)劃問(wèn)題。線性規(guī)劃問(wèn)題是優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題中最簡(jiǎn)單的一種情況，利用不等式性質(zhì)。非線性規(guī)劃 如果設(shè)計(jì)問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件中，有一個(gè)函數(shù)是設(shè)計(jì)變量的非線性函數(shù)，則稱(chēng)該設(shè)計(jì)問(wèn)題為非線性規(guī)劃問(wèn)題。非線

5、性規(guī)劃問(wèn)題是優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題中最常見(jiàn)的，導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題一般都是非線性規(guī)劃問(wèn)題。如果目標(biāo)函數(shù)可微，就可以采用間接法求解。求解無(wú)約束問(wèn)題常用梯度法、牛頓法、共軛梯度法、變尺度法，等。求解約束問(wèn)題常用罰函數(shù)法、拉格朗日乘子法等。準(zhǔn)則法： 由于結(jié)構(gòu)優(yōu)化問(wèn)題的特點(diǎn)，準(zhǔn)則法的到了廣泛的應(yīng)用。如果設(shè)計(jì)問(wèn)題僅考慮應(yīng)力為約束，使用滿應(yīng)力法，如果僅考慮位移為約束，使用位移準(zhǔn)則法。一般來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求是最基本的，考慮位移約束的同時(shí)，一定要滿足應(yīng)力約束。此外，還要滿足由工藝，材料供應(yīng)和構(gòu)造要求方面提出的尺寸約束。三、某零件的三維圖如下所示（從清晰性考慮，給出了兩種三維圖，尺寸自定）。（1）分析指出該零件由哪些形

6、狀特征組成(繪簡(jiǎn)圖說(shuō)明)。（10分）（2）簡(jiǎn)述用UG實(shí)現(xiàn)下圖所示零件三維造型的步驟（分步驟進(jìn)行文字說(shuō)明，并配適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)圖說(shuō)明）。（10分） 答： 1.形狀特征：底座圓盤(pán)，凸臺(tái)，加強(qiáng)筋，沉頭孔，倒角，圓角步驟如下用回轉(zhuǎn)實(shí)體做出圓盤(pán)拉伸實(shí)體做出加強(qiáng)筋使用圓形陣列，步驟2的加強(qiáng)筋用孔工具做出沉頭孔方法同步驟3，圓形陣列沉頭孔6）圓角，倒角修飾下即可四、采用立式數(shù)控銑床在一長(zhǎng)方形工件毛坯上銑削出如下圖所示凸面和凹臺(tái)，工件材料為鑄鐵。凸面使用12mm球頭銑刀進(jìn)行加工，凹臺(tái)使用6mm球頭銑刀進(jìn)行加工。如采用UG軟件進(jìn)行數(shù)控加工編程，簡(jiǎn)要說(shuō)明在UG軟件環(huán)境下編制凸面和凹臺(tái)數(shù)控加工程序的步驟（分步驟進(jìn)行文字表述，并配適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)圖說(shuō)明。（20分）答：步驟：1創(chuàng)建程序并命名2創(chuàng)建刀具直徑12和直徑6，指定加工幾何體和毛坯3創(chuàng)建粗加工方法，用型腔銑（millcontourCAVITYmill）刀具直徑12，余量留0.5mm4創(chuàng)建精加工方法，銑凸臺(tái)，用曲面銑（millcontourfixedcontour）刀具直徑