CAD／CAM技術(shù)及應(yīng)用2016年試卷期末復(fù)習(xí)題及答案

中南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程考試

《CAD/CAM技術(shù)及應(yīng)用》試題（本試題頁不上交）

注意事項：

1.答卷可采取打印或手寫方式在A4打印紙上完成。如果手寫，必須字跡工整，以便老師批閱；

2.6月2日18：00之前交學(xué)習(xí)中心；

3.下載《標(biāo)準(zhǔn)答卷模版》。

（一、二、三、四題為必做題，五、六題選做其中一題，在答題紙中寫清題號即可）

一、以一個你熟悉的實際機械產(chǎn)品（或零件、部件）為例，進行如下分析說明：

（1）分析該產(chǎn)品的設(shè)計與制造由哪些具體環(huán)節(jié)組成。（10分）

（2）指出在該產(chǎn)品設(shè)計制造中的哪些具體環(huán)節(jié)可采用CAD/CAM中的什么單項技術(shù)？同時分析采用這些

CAD/CAM技術(shù)可解決什么問題。（20分）

二、列舉現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)的一些新發(fā)展，并簡要分析各自技術(shù)內(nèi)涵和應(yīng)用前景。（10分）

三、某零件的三視圖和立體圖如下所示：

U）分析指出該零件由哪些形狀特征組成（繪簡圖說明）。（10分）

（2）簡述用UG實現(xiàn)下圖所示零件三維造型的步驟（分步驟進行文字說明，并配適當(dāng)?shù)暮唸D說明）。（10分）

四、采用立式數(shù)控銃床在一矩形板上銃削如下圖所示工件的外輪廓和內(nèi)腔，矩形板上已加工好兩個616mm

（圖中標(biāo)注為R8）的孔，可作為裝夾用。使用①10mm圓柱平底立銃刀進行加工，工件材料為鑄鐵。

如采用UG軟件進行數(shù)控加工編程，筒要說明在UG軟件環(huán)境下編制該工件外輪廓和內(nèi)腔數(shù)控加工程序

的步驟（分步驟進行文字表述，并配適當(dāng)?shù)暮唸D說明）。（20分）

五、下圖所示齒輪齒條機構(gòu)由齒輪（零件1）、齒輪軸（零件2）、齒條（零件3）和支架（零件4）四個零件組成。

如在UG中已完成四個零件的三維建模，如需繼續(xù)在UG中對其進行裝配建模，得到如下圖所示的三維

裝配模型，試給出建立該齒輪齒條機構(gòu)三維裝配模型的主要步驟（分步驟進行文字說明，并配適當(dāng)?shù)?/p>

簡圖說明）。（20分）

六、某線圖的五個點如下左圖所示，各點坐標(biāo)如右表所示。

（1）如采用拉格朗日插值原理進行插值，試繪出實現(xiàn)插值計算的計算機程序流程圖。（10分）

（2）采用某種計算機編程語言（如C、Basic）,編寫程序?qū)崿F(xiàn)該線圖的拉格朗日插值計算。（10分）

序號X坐標(biāo)Y坐標(biāo)

111.4

221.5

331.7

442.2

553

中南大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育課程考試

《CAD/CAM技術(shù)及應(yīng)用》答卷

本人承諾：本試卷確為本人獨立完成，若有違反愿意接受處理。簽名

學(xué)號專業(yè)學(xué)習(xí)中心

總分（百分

題號—?二三四五六評閱人簽字

制）

成績

一、以一個你熟悉的實際機械產(chǎn)品（或零件、部件）為例，進行如下分析說明：

U）分析該產(chǎn)品的設(shè)計與制造由哪些具體環(huán)節(jié)組成。（10分）

答：齒輪傳動是機械傳動中最重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞功率可達近十萬千瓦，其主要

特點：效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠，壽命長、傳動比穩(wěn)定。

設(shè)計的環(huán)節(jié)包括：齒輪模數(shù)和壓力角的選擇，齒輪齒數(shù)的設(shè)計，齒輪幾何尺寸計算，強度的計算和校核，

齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計，齒輪精度的設(shè)計。

制造的環(huán)節(jié)包括：下料一鍛造f預(yù)先熱處理f粗加工一最終熱處理一精加工。

（2）指出在該產(chǎn)品設(shè)計制造中的哪些具體環(huán)節(jié)可采用CAD/CAM中的什么單項技術(shù)？同時分析采用這些

CAD/CAM技術(shù)可解決什么問題。（20分）

答：設(shè)計環(huán)節(jié)可以采用CAD、CAE單項技術(shù)，制造可以采用CAPP、CAM單項技術(shù)。

CAD系統(tǒng)解決幾何建模、工程分析、模擬仿真、工程繪圖等主要功能:CAE（ComputerAidedEngineering）

是用計算機輔助求解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力

學(xué)性能的分析計算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計。CAPP系統(tǒng)的解決毛坯設(shè)計、加工方法選擇、工序設(shè)計、工藝

路線制定和工時定額計算等。CAM解決零件造型和加工。

二、列舉現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)的一些新發(fā)展，并簡要分析各自技術(shù)內(nèi)涵和應(yīng)用前景。（10分）

CAD/CAM（計算機輔助設(shè)計及制造）技術(shù)產(chǎn)生于本世紀(jì)50年代后期發(fā)達國家的航空和軍事工業(yè)中，隨著

計算機軟硬件技術(shù)和計算機圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展而迅速成長起來。1989年美國國家工程科學(xué)院將CAD/CAM技

術(shù)評為當(dāng)代（1964-1989）十項最杰出的工程技術(shù)成就之一。三十幾年來CAD技術(shù)和系統(tǒng)有了飛速的發(fā)展，

CAD/CAM的應(yīng)用迅速普及。在工業(yè)發(fā)達國家，CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用已迅速從軍事工業(yè)向民用工業(yè)擴展，由大

型企業(yè)向中小企業(yè)推廣，由高技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用向日用家電、輕工產(chǎn)品的設(shè)計和制造中普及。而且這一技術(shù)

正在從發(fā)達國家‘流向'發(fā)展中國家。

CAD是一個包括范圍很廣的概念，概括來說，CAD的設(shè)計對象有兩大類，一類是機械、電氣、電子、輕

工和紡織產(chǎn)品；另一類是工程設(shè)計產(chǎn)品，即工程建筑，國外簡稱AEC（Architecture^Engineering和

Construction）o而如今，CAD技術(shù)的應(yīng)用范圍已經(jīng)延伸到藝術(shù)、電影、動畫、廣告和娛樂等領(lǐng)域，產(chǎn)生了

巨大的經(jīng)濟及社會效益，有著廣泛的應(yīng)用前景。

CAD在機械制造行業(yè)的應(yīng)用最早，也最為廣泛。采用CAD技術(shù)進行產(chǎn)品設(shè)計不但可以使設(shè)計人員’甩掉

圖板'，更新傳統(tǒng)的設(shè)計思想，實現(xiàn)設(shè)計自動化，降低產(chǎn)品的成本，提高企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭能力；

還可以使企業(yè)由原來的串行式作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)管理體制，縮短產(chǎn)品

的開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率。如今世界各大航空、航天及汽車等制造業(yè)巨頭不但廣泛采用CAD/CAM技術(shù)

進行產(chǎn)品設(shè)計，而且投入大量的人力物力及資金進行CAD/CAM軟件的開發(fā)，以保持自己技術(shù)上的領(lǐng)先地位

和國際市場上的優(yōu)勢。

計算機輔助建筑設(shè)計（ComputcrAidcdArchitecturcDcsign,簡稱CAAD）是CAD在建筑方面的應(yīng)用，它為

建筑設(shè)計帶來了一場真正的革命。隨著CAAD軟件從最初的二維通用繪圖軟件發(fā)展到如今的三維建筑模型

軟件，CAAD技術(shù)己開始被廣為采用，這不但可以提高設(shè)計質(zhì)量，縮短工程周期，還可以節(jié)約2%至5%的建

設(shè)投資，而近幾年來我國每年的基本建設(shè)投資都有幾千億元之多，如果全國大小近萬個工程設(shè)計單位都采

用CAD技術(shù)，則可以大大提高基本建設(shè)的投資效益。

CAD技術(shù)還被用于輕紡及服裝行業(yè)中。以前我國紡織品及服裝的花樣設(shè)計、圖案的協(xié)調(diào)、色彩的變化、

圖案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前國際市場上對紡織品及服裝的要求是

批量小、花色多、質(zhì)量高、交貨要迅速，這使得我國紡織產(chǎn)品在國際市場上的競爭力不強。采用CAD技術(shù)

以后，大大加快了我國紡織及服裝企業(yè)走向國際市場的步伐。

如今，CAD技術(shù)已進入到人們的日常生活中，在電影、動畫、廣告和娛樂等領(lǐng)域大顯身手。電影拍攝中

利用CAD技術(shù)已有十余年的歷史，美國好來塢電影公司主要利用CAD技術(shù)構(gòu)造布景，可以利用虛擬現(xiàn)實的

手法設(shè)計出人工不可能做到的布景。這不僅能節(jié)省大量的人力、物力，降低電影的拍攝成本，而且還可以

給觀眾造成一種新奇、古怪和難以想像的環(huán)境，獲得極大的票房收入。比如美國的《星球大戰(zhàn)》、《外星人》、

《侏羅紀(jì)公園》等科幻片以及完全用三維計算機動畫制作的影片《玩具總動員》，都取得了極大的成功。轟

動全球的大片《泰坦尼克》應(yīng)用了大量的三維動畫制作，用計算機真實地模擬了泰克尼克航行、沉船的全

過程,此外，動畫和廣告制作中也充分利用了計算機造型技術(shù)，實質(zhì)上也是一種虛擬現(xiàn)實技術(shù)。虛擬現(xiàn)實

技術(shù)還被用了各種模擬器及景物的實時漫游、娛樂游戲中。

近十年來，在CIMS工程和CAD應(yīng)用工程的推動下，我國計算機輔助設(shè)計技術(shù)應(yīng)用越來越普遍，越來

越多的設(shè)計單位和企業(yè)采用這一技術(shù)來提高設(shè)計效率、產(chǎn)品質(zhì)量和改善勞動條件。目前，我國從國外引進

的CAD軟件有好幾十種，國內(nèi)的一些科研機構(gòu)、高校和軟件公司也都立足于國內(nèi)，開發(fā)出了自己的CAD軟

件，并投放市場，我國的CAD技術(shù)應(yīng)用呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。

三、某零件的三視圖和立體圖如下所示：

（1）分析指出該零件由哪些形狀特征組成（繪簡圖說明）。（10分）

（2）簡述用LG實現(xiàn)下圖所示零件二維造型的步驟（分步驟進行文字說明，并配適當(dāng)?shù)暮唸D說明）。（10分）

(1)該零件由長方體底座，圓柱，筋板，孔，凸臺等特征。

（2）首先拉伸長方體，如下圖

其次，拉伸切除，如下圖:

再次，拉伸連接體，如下圖:

再次，拉伸連按體，如下圖:

再次，拉伸到下一面，如空;

最后，拉伸加強筋。

四、采用立式數(shù)控銃床在一矩形板上銃削如下圖所示工件的外輪廓和內(nèi)腔，矩形板上已加工好兩個①16mm

（圖中標(biāo)注為R8）的孔，可作為裝夾用。使用①101nm圓柱平底立銃刀進行加工，工件材料為鑄鐵。如采

用UG軟件進行數(shù)控加工編程，簡要說明在UG軟件環(huán)境下編制該工件外輪廓和內(nèi)腔數(shù)控加工程序的步驟

（分步驟進行文字表述，并配適當(dāng)?shù)暮唸D說明）。（20分）

答：基本步驟如下:

①UG幾何模型

②刀具，加工參數(shù)

③導(dǎo)軌源文件

④后處理

⑤機床數(shù)據(jù)文件

五、下圖所示齒輪齒條機構(gòu)由齒輪（零件1）、齒輪軸（零件2）、齒條（零件3）和支架（零件4）四個零件組成。

如在UG中己完成四個零件的三維建模，如需繼續(xù)在UG中對其進行裝配建模，得到如下圖所示的三維

裝配模型，試給出建立該齒輪齒條機構(gòu)三維裝配模型的主要步驟（分步驟進行文字說明，并配適當(dāng)?shù)?/p>

簡圖說明）。（20分）

然后插圖零件3齒條，如圖所示:

再次，齒條的左側(cè)面與支架的左側(cè)面平行配合，如下圖所示:

再次，插圖零件1齒輪，如下圖所示:

齒輪的側(cè)面與齒條的側(cè)面重合配合，再次配合一機械配合一-齒輪齒條配合，如下圖所示:

齒條的分度線與齒輪的分度圓相切。

六、某線圖的五個點如下左圖所示，各點坐標(biāo)如右表所示。

（1）如采用拉格朗日插俏原理進行插直，試繪出實現(xiàn)插值計算的計算機程序流程圖。（10分）

（2）采用某種計算機編程語言（如C、Basic）,編寫程序?qū)崿F(xiàn)該線圖的拉格朗日插值計算。（10分）

序號X坐標(biāo)Y坐標(biāo)

II1.4

221.5

331.7

442.2

553

(2)編程:

xOffset=1;

if(nargin==2)||…

(nargin==3&&ischar(varargm{3}))11…

(nargin==4&&(^ischar(varargin{4})11strcmp(varargin{4},'extrap')));

xOffset=0;

end

ppOutput=false;

%PP=INTERP1(X,Y,METHOD,'pp')

ifnargin>=4&&ischar(varargin{3})&&isequal(*pp,,varargin{4})

ppOutput=true;

if(nargin>4)

error(*MATLAB:interpl:ppOutput1,...

'Use4inputsforPP=INTERP1(X,Y,METHOD,pp')

end

end

%ProcessYinINTERP1(Y,...)andINTERP1(X,Y,...)

y=varargin{l+xOffset):

siz_y=size(y);

%ymaybeanNDarray,butcollapseitdowntoa2D州al.IfyMatis

%avector,itisacolumnvector.

ifisvector(y)

ifsize(y,1)==1

%Prefercolumnvectorsfory

yMat=y.*;

n=siz_y(2);

else

yMat=y;

n=siz_y(1);

end

ds=1;

prodDs=1;

else

n=siz_y(l);

ds=siz_y(2:end);

prodDs=prod(ds);

yMat=reshape(y,[nprodDs]);

end

%ProcessXinINTERP1(X,Y,...),orsupplydefaultforINTERP1(Y,...)

ifxOffset

x=varargin(xOffset);

if^isvector(x)

error(*MATLAB:interpliXvector*,*Xmustbeavector.,);

end

iflength(x)n

ifisvector(y)

error(*MATLAB:interpl:YLnvalidNumRows*,…

'XandYmustbeofthesamelength.*)

else

errorMATLAB:interpl:YLnvalidNumRows,,

*LENGTH(X)andSIZE(Y,1)mustbethesame.');

end

end

%Prefercolumnvectorsforx

xCol=x(:);

else

xCol=(1:n)';

end

%ProcessXIinINTERP1(Y,XI,...)andINTERP1(X,

%AvoidsyntaxPP=INTERP1(X,Y,METHOD,*pp*)

if^ppOutput

>:i=varargin{2+xOffset};

siz_xi=size(xi);

%ximaybeanNDarray,butflattenittoacolumnvectorxiCol

xiCol=xi(:);

%ThesizeoftheoutputYI

ifisvector(y)

%Yisavectorsosize(YI)==size(XI)

siz_yi=siz_xi;

else

ifisvector(xi)

%YisnotavectorbutXIis

siz_yi=[length(xi)ds];

else

%BothYandXIarenon-vectors

siz_yi=[siz_xids];

end

end

end

ifxOffset&&^isreal(x)

errorMATLAB:interpl:ComplexX,,*Xshouldbearealvector.,)

end

if^ppOutput&&^isreal(xi)

error(*MATLAB:interpl:ComplexInterpPts,,…

'TheinterpolationpointsXIshouldbereal.1)

end

%ErrorcheckforNaNvaluesinXandY

%checkforNaN's

ifxOffset&&(any(isnan(xCol)))

error(*MATLAB:interpl:NaNinX,,,NaNisnotanappropriatevalueforX.');

end

%NANSareallowedasavalueforF：X),sinceafunctionmaybeundefined

%foragivenvalue.

ifany(isnan(yMat(:)))

warning('MATLAB:interplzNaNinY*,...

['NaNfoundinY,interpolationatundefinedvalues\n\t，,...

'wi11resultinundefinedvalues.']);

end

if(n<2)

ifppOutput||^iscmpty(xi)

errorCMATLAB:interpl:NotEnoughPts，,

,Thereshouldbeatleasttwodatapoints.*)

else

yi=zeros(siz_yi,superiorfloat(x,y,xi));

varargout{1}=yi;

return

end

end

%ProcessMETHODin

%PP=INTERP1(X,Y,METHOD,*pp')

%YI=INTERP1(Y,XI,METHOD,...)

%YI=INTERP1(X,Y,XI,METHOD,...)

%includingexplicitspecificationofthedefaultbyanemptyinput,

ifppOutput

ifisempty(varargin{3})

method='linear,;

else

method=varargin{3};

end

else

ifnargin>=3+xOffset&&^isempty(varargin{3+xOffset})

method=varargin{3+xOffset);

else

method='linear,;

end

end

%Thev5option,"method’,assertsthatxisequallyspaced.

eqsp=(method(1)==，*，);

ifeqsp

nethod(l)=[];

end

%INTERP1([X,]Y,XI,METHOD,'extrap')andINTERP1([X,]Y,Xi,METHOD,EX^RAPVAL)

if^ppOutput

ifnargin>=4+xOffset

extrapval=varargin{4+xOffset};

else

switchmethod(1)

(，，，，，，]

s,p,c}

extrapval='extrap';

otherwise

extrapval=NaN;

end

end

end

%Startthealgorithm

%WenowhavecolumnvectorxCol,columnvectoror2DmatrixyMatand

%columnvectorxiCol.

ifxOffset

if~eqsp

h=diff(xCol);

eqsp=(norm(diff(h),Inf)<=eps(norm(xCol,Inf)));

ifanyCisfinite(xCol))

eqsp=0;%ifanINFinx,xisnotequallyspaced

end

end

ifeqsp

h=(xCol(n)-xCol(1))/(n-l);

end

else

h=1;

eqsp.1;

end

ifany(h<0)

[xCol,p]=sort(xCol);

yMat=yMat(p,:);

ifeqsp

h=-h;

else

h=diff(xCol);

end

end

ifany(h=0)

error(*MATLAB:interpl:RepeatedValuesX,,...

*ThevaluesofXshouldbedistinct.*);

end

%PP=INTERP1(X,Y,METHOD,*pp*)

ifnargin=4&&ischar(varargin{3})&&isequalCpp*,varargin{4})

%obtainppformofoutput

pp=ppinterp;

varargout{1}=pp;

return

end

%Interpolate

numelXi=length(xiCol);

P=[]；

switchmethod(1)

case's'%spline,

%splineisorientedoppositetointerpl

yiMat=spline(xCol.,,yMat.f,xiCol.1;

case('c','p'}%>cubic,or'pchip'

%pchipisorientedoppositetointerpl

yiMat=pchip(xCol.*,yMat.*,xiCol.*).*;

otherwise%Nearest*,'linear','v5cubic'

yiMat=zeros(numelXi,prodDs,superiorfloat(xCol,yMat,xiCol；);

if~eqsp&&any(diff(xiCol)<0)

[xiCol,p]=sort(xiCol):

else

p=1:numelXi;

end

%Findindicesofsubintervals,x(k)<_u<x(k+1),

%oru<x(l)oru>=x(m-l).

ifiscmpty(xiCol)

k=xiCol;

elseifeqsp

k=min(max(l+floor((xiCol-xCol(l))/h),1),n-1);

else

[ignore,k]=histc(xiCol,xCol);

k(xiCol<xCol(1)|^isfinite(xiCol))=1;

k(xiCol>=xCol(n))=n-1:

end

switchmethod(l)

case%'nearest>

i=find(xiCol>=(xCol(k)+xCol(k+1))/2);

k(i)=k(i)+l;

yiMat(p,:)=yMat(k,:);

caseT'%'1inear,

ifeqsp

s=(xiCol-xCol(k))/h;

else

s=(xiCol-xCol(k))./h(k);

end

forj=1:prodDs

yiMat(p,j)=yMat(k,j)+s.*(yMat(k+1,j)-yMat(k,j));

end

case'v'%>v5cubic*

extrapval=NaN;

ifeqsp

%Dataareequallyspaced

s=(xiCol-xCol(k))/h;

s2=s.*s;

s3=s.*s2;

%Addextrapointsforfirstandlastinterval

yMat=[3*yMat(1,:)-3*yMat(2,:)+yMat(3,:);...

yMat;...

3*yMat(n,:)-3*yMat(n-l,:)+yMat(n-2,:)];

forj=1:prodDs

yiMat(p,j)=(yMat(k,j).*(-s3+2*s2-s)+...

yMat(k+1,j).*(3*s3-5*s2+2)+...

yMat(k+2,j).*(-3*s3+4*s2+s)+...

yMat(k+3,j).*(s3-s2))/2;

end

else

%Dataarenotequallyspaced

%splineisorientedoppositetointerpl

yiMat=spline(xCol.*,yMat.1,xiCol.*).,；

end

otherwise

errorMATLAB:interpl:InvalidMethod,,JInvalidmethod.')

end

end

%Overrideextrapolation

if^isequal(extrapval,*extrap*)

ifischar(extrapval)

errorCMATLAB:interpl:InvalidExtrap*,JInvalidextrapoption.J)

elseif^isscalar(extrapval)

errorCMATLAB:interpl:NonScalarExtrapValue,,...

'EXTRAPoptionmustbeascalar.*)

end

ifisempty(p)

p=1:numelXi;

end

outOfBounds=xiCoKxCol(1)IxiCol>xCol(n);

yiMat(p(outOfBounds),:)=extrapval;

end

%Reshaperesult,possiblytoanNDarray

yi=reshape(yiMat,siz_yi);

varargout{1}=yi;

———————————————————————————————————————————————————————————————————

functionpp=ppinterp

%PPINTE即ppforminterpretation.

switchmethod(1)

case'n'%nearest

breaks=[xCol(1);...

(xCol(1:end-1)+xCol(2:end))/2;...

xCol(end)].*;

coefs=yMat.';

pp=mkpp(breaks,coefs,ds);

case'1'%linear

breaks=xCol.,;

pagel=(diff(yMat)./repmat(diff(xCol),[1,prodDs])).';

page2一(reshape(yMat(1:end-1,:),[n-1,prodDs])).)

coefs=cat(3,pagel,page2);

pp=mkpp(breaks,coefs,ds);

case{'p',*c}%pchipandcubic

pp=pchip(xCol.*,reshape(yMat.1,[ds,n]));

case's'%spline

pp=spline(xCol.J,reshape(yMat.J,[ds,n]));

case'v'%v5cubic

b=diff(xCol)