《CAD/CAM技术及应用》试题

《CAD/CAM技术及应用》答卷

一、以一个你熟悉的实际机械产品（或零件、部件）为例，进行如下分析说明：

(1)分析该产品的设计与制造由哪些具体环节组成。（10分）

答：齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，形式很多，应用广泛，传递功率可达近十万千瓦，其主要特点：效率高、结构紧凑、工作可靠，寿命长、传动比稳定。

设计的环节包括：齿轮模数和压力角的选择，齿轮齿数的设计，齿轮几何尺寸计算，强度的计算和校核，齿轮结构的设计，齿轮精度的设计。

制造的环节包括：下料→锻造→预先热处理→粗加工→最终热处理→精加工。

(2)指出在该产品设计制造中的哪些具体环节可采用CAD/CAM中的什么单项技术？同时分析采用这些CAD/CAM技术可解决什么问题。（20分）

答：设计环节可以采用CAD、CAE单项技术，制造可以采用CAPP、CAM单项技术。

    CAD系统解决几何建模、工程分析、模拟仿真、工程绘图等主要功能；CAE（Computer Aided Engineering）是用计算机辅助求解产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计。CAPP系统的解决毛坯设计、加工方法选择、工序设计、工艺路线制定和工时定额计算等。CAM解决零件造型和加工。

二、列举现代CAD/CAM技术的一些新发展，并简要分析各自技术内涵和应用前景。（10分）

    CAD/CAM(计算机辅助设计及制造)技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。1989年美国国家工程科学院将CAD/CAM技术评为当代(1964-1989)十项最杰出的工程技术成就之一。三十几年来CAD技术和系统有了飞速的发展，CAD/CAM的应用迅速普及。在工业发达国家，CAD/CAM技术的应用已迅速从军事工业向民用工业扩展，由大型企业向中小企业推广，由高技术领域的应用向日用家电、轻工产品的设计和制造中普及。而且这一技术正在从发达国家'流向'发展中国家。

    CAD是一个包括范围很广的概念，概括来说，CAD的设计对象有两大类，一类是机械、电气、电子、轻工和纺织产品；另一类是工程设计产品，即工程建筑，国外简称AEC(Architecture、Engineering和Construction)。而如今，CAD技术的应用范围已经延伸到艺术、电影、动画、广告和娱乐等领域，产生了巨大的经济及社会效益，有着广泛的应用前景。

    CAD在机械制造行业的应用最早，也最为广泛。采用CAD技术进行产品设计不但可以使设计人员'甩掉图板'，更新传统的设计思想，实现设计自动化，降低产品的成本，提高企业及其产品在市场上的竞争能力；还可以使企业由原来的串行式作业转变为并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理体制，缩短产品的开发周期，提高劳动生产率。如今世界各大航空、航天及汽车等制造业巨头不但广泛采用CAD/CAM技术进行产品设计，而且投入大量的人力物力及资金进行CAD/CAM软件的开发，以保持自己技术上的领先地位和国际市场上的优势。

    计算机辅助建筑设计(ComputerAidedArchitectureDesign，简称CAAD)是CAD在建筑方面的应用，它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件从最初的二维通用绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAAD技术已开始被广为采用，这不但可以提高设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%至5%的建设投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万个工程设计单位都采用CAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。

    CAD技术还被用于轻纺及服装行业中。以前我国纺织品及服装的花样设计、图案的协调、色彩的变化、图案的分色、描稿及配色等均由人工完成，速度慢、效率低，而目前国际市场上对纺织品及服装的要求是批量小、花色多、质量高、交货要迅速，这使得我国纺织产品在国际市场上的竞争力不强。采用CAD技术以后，大大加快了我国纺织及服装企业走向国际市场的步伐。

    如今，CAD技术已进入到人们的日常生活中，在电影、动画、广告和娱乐等领域大显身手。电影拍摄中利用CAD技术已有十余年的历史，美国好来坞电影公司主要利用CAD技术构造布景，可以利用虚拟现实的手法设计出人工不可能做到的布景。这不仅能节省大量的人力、物力，降低电影的拍摄成本，而且还可以给观众造成一种新奇、古怪和难以想像的环境，获得极大的票房收入。比如美国的《星球大战》、《外星人》、《侏罗纪公园》等科幻片以及完全用三维计算机动画制作的影片《玩具总动员》，都取得了极大的成功。轰动全球的大片《泰坦尼克》应用了大量的三维动画制作，用计算机真实地模拟了泰克尼克航行、沉船的全过程。此外，动画和广告制作中也充分利用了计算机造型技术，实质上也是一种虚拟现实技术。虚拟现实技术还被用于各种模拟器及景物的实时漫游、娱乐游戏中。

近十年来，在CIMS工程和CAD应用工程的推动下，我国计算机辅助设计技术应用越来越普遍，越来越多的设计单位和企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前，我国从国外引进的CAD软件有好几十种，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足于国内，开发出了自己的CAD软件，并投放市场，我国的CAD技术应用呈现出一片欣欣向荣的景象。

三、某零件的三视图和立体图如下所示：

(1)分析指出该零件由哪些形状特征组成(绘简图说明)。（10分）

(2)简述用UG实现下图所示零件三维造型的步骤(分步骤进行文字说明,并配适当的简图说明)。（10分）

（1）该零件由长方体底座，圆柱，筋板，孔，凸台等特征。

（2）首先拉伸长方体，如下图

其次，拉伸切除，如下图：

    然后，拉伸切除两个圆孔，如下图所示：

再次，拉伸连接体,如下图：

再次，拉伸圆柱体,如下图：

再次，拉伸连接体，如下图：

再次，拉伸到下一面，如下图：

最后，拉伸加强筋。