CAD／CAM技術及應用2016年試卷期末復習題及答案

中南大學網絡教育課程考試

《CAD/CAM技術及應用》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之前交學習中心；

3.下載《標準答卷模版》。

（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品（或零件、部件）為例，進行如下分析說明：

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

（2）指出在該產品設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？同時分析采用這些

CAD/CAM技術可解決什么問題。（20分）

二、列舉現代CAD/CAM技術的一些新發(fā)展，并簡要分析各自技術內涵和應用前景。（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，并配適當的簡圖說明）。（10分）

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

（圖中標注為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腔數控加工程序

的步驟（分步驟進行文字表述，并配適當的簡圖說明）。（20分）

五、下圖所示齒輪齒條機構由齒輪（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三維裝配模型的主要步驟（分步驟進行文字說明，并配適當的

簡圖說明）。（20分）

六、某線圖的五個點如下左圖所示，各點坐標如右表所示。

（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）,編寫程序實現該線圖的拉格朗日插值計算。（10分）

序號X坐標Y坐標

111.4

221.5

331.7

442.2

553

中南大學網絡教育課程考試

《CAD/CAM技術及應用》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

學號專業(yè)學習中心

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品（或零件、部件）為例，進行如下分析說明：

U）分析該產品的設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，應用廣泛，傳遞功率可達近十萬千瓦，其主要

特點：效率高、結構緊湊、工作可靠，壽命長、傳動比穩(wěn)定。

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

齒輪結構的設計，齒輪精度的設計。

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

（2）指出在該產品設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？同時分析采用這些

CAD/CAM技術可解決什么問題。（20分）

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

CAD系統解決幾何建模、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品結構強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力

學性能的分析計算以及結構性能的優(yōu)化設計。CAPP系統的解決毛坯設計、加工方法選擇、工序設計、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、列舉現代CAD/CAM技術的一些新發(fā)展，并簡要分析各自技術內涵和應用前景。（10分）

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

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

術評為當代（1964-1989）十項最杰出的工程技術成就之一。三十幾年來CAD技術和系統有了飛速的發(fā)展，

CAD/CAM的應用迅速普及。在工業(yè)發(fā)達國家，CAD/CAM技術的應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，由高技術領域的應用向日用家電、輕工產品的設計和制造中普及。而且這一技術

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的設計對象有兩大類，一類是機械、電氣、電子、輕

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

Construction）o而如今，CAD技術的應用范圍已經延伸到藝術、電影、動畫、廣告和娛樂等領域，產生了

巨大的經濟及社會效益，有著廣泛的應用前景。

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

圖板'，更新傳統的設計思想，實現設計自動化，降低產品的成本，提高企業(yè)及其產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)轉變?yōu)椴⑿凶鳂I(yè)，建立一種全新的設計和生產技術管理體制，縮短產品

的開發(fā)周期，提高勞動生產率。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

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

和國際市場上的優(yōu)勢。

計算機輔助建筑設計（ComputcrAidcdArchitecturcDcsign,簡稱CAAD）是CAD在建筑方面的應用，它為

建筑設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技術己開始被廣為采用，這不但可以提高設計質量，縮短工程周期，還可以節(jié)約2%至5%的建

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

用CAD技術，則可以大大提高基本建設的投資效益。

CAD技術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計、圖案的協調、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、質量高、交貨要迅速，這使得我國紡織產品在國際市場上的競爭力不強。采用CAD技術

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技術已進入到人們的日常生活中，在電影、動畫、廣告和娛樂等領域大顯身手。電影拍攝中

利用CAD技術已有十余年的歷史，美國好來塢電影公司主要利用CAD技術構造布景，可以利用虛擬現實的

手法設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，實質上也是一種虛擬現實技術。虛擬現實

技術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應用工程的推動下，我國計算機輔助設計技術應用越來越普遍，越來

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

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

件，并投放市場，我國的CAD技術應用呈現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，并配適當的簡圖說明）。（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、采用立式數控銃床在一矩形板上銃削如下圖所示工件的外輪廓和內腔，矩形板上已加工好兩個①16mm

（圖中標注為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腔數控加工程序的步驟

（分步驟進行文字表述，并配適當的簡圖說明）。（20分）

答：基本步驟如下:

①UG幾何模型

②刀具，加工參數

③導軌源文件

④后處理

⑤機床數據文件

五、下圖所示齒輪齒條機構由齒輪（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三維裝配模型的主要步驟（分步驟進行文字說明，并配適當的

簡圖說明）。（20分）

然后插圖零件3齒條，如圖所示:

再次，齒條的左側面與支架的左側面平行配合，如下圖所示:

再次，插圖零件1齒輪，如下圖所示:

齒輪的側面與齒條的側面重合配合，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）,編寫程序實現該線圖的拉格朗日插值計算。（10分）

序號X坐標Y坐標

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)