中南大学网络教育课程考试
《CAD/CAM技术及应用》试题
考试说明：
1.首先下载试题及《标准答卷模版》，完成答题后，答卷从网上提交。
2.答卷电子稿命名原则：学号.doc。如：11031020512002.doc。
3.网上提交起止时间：2016年5月16日8：00—6月16日18：00。
试题：（注：一、二、三、四题为必做题，五、六题选做其中一题，请在答题纸中写清题号。）
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）
(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）
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）
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）
四、采用立式数控铣床在一矩形板上铣削如下图所示工件的外轮廓和内腔，矩形板上已加工好两个Φ16mm
（图中标注为R8）的孔，可作为装夹用。使用Φ10mm 圆柱平底立铣刀进行加工，工件材料为铸铁。如采用UG 软件进行数控加工编程，简要说明在UG 软件环境下编制该工件外轮廓和内腔数控加工程序的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当的简图说明）。（20分）
五、下图所示齿轮齿条机构由齿轮(零件1)、齿轮轴(零件2)、齿条(零件3)和支架(零件4)四个零件组成。
如在UG 中已完成四个零件的三维建模，如需继续在UG 中对其进行装配建模，得到如下图所示的三维装配模型，试给出建立该齿轮齿条机构三维装配模型的主要步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（20分）
1 2
3
4
六、某线图的五个点如下左图所示，各点坐标如右表所示。
(1)如采用拉格朗日插值原理进行插值，试绘出实现插值计算的计算机程序流程图。(10分)
(2)采用某种计算机编程语言（如C、Basic），编写程序实现该线图的拉格朗日插值计算。(10分)
中南大学网络教育课程考试
《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
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：
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。四、采用立式数控铣床在一矩形板上铣削如下图所示工件的外轮廓和内腔，矩形板上已加工好两个Φ16mm（图中标注为R8）的孔，可作为装夹用。使用Φ10mm圆柱平底立铣刀进行加工，工件材料为铸铁。如采用UG软件进行数控加工编程，简要说明在UG软件环境下编制该工件外轮廓和内腔数控加工程序的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当
再次，拉伸到下一面，如下图
最后，拉伸加强筋。
四、采用立式数控铣床在一矩形板上铣削如下图所示工件的外轮廓和内腔，矩形板上已加工好两个Φ16mm（图中标注为R8）的孔，可作为装夹用。使用Φ10mm圆柱平底立铣刀进行加工，工件材料为铸铁。如采用UG软件进行数控加工编程，简要说明在UG软件环境下编制该工件外轮廓和内腔数控加工程序的步骤（分步骤进行文字表述，并配适当的简图说明）。（20分）
答：基本步骤如下：
①UG几何模型
②刀具，加工参数
③导轨源文件
④后处理
⑤机床数据文件
姓名_____________
五、下图所示齿轮齿条机构由齿轮(零件1)、齿轮轴(零件2)、齿条(零件3)和支架(零件4)四个零件组
成。如在UG中已完成四个零件的三维建模，如需继续在UG中对其进行装配建模，得到如下图所示的三维装配模型，试给出建立该齿轮齿条机构三维装配模型的主要步骤（分步骤进行文字说明，并配适当的简图说明）。（20分）
各零件建模完成之后，新建装配体，插入支架，如下图：
然后插图零件3齿条，如图所示：
姓名再次，齿条的底面与支架的底面重合配合，如下图所示：再次，齿条的侧面与支架的侧面平行配合，如下图所示：再次，齿条的左侧面与支架的左侧面平行配合，如下图所示：再次，插图零件1齿轮，如下图所示：齿轮的侧面与齿条的侧面重合配合，再次配合--机械配合---齿轮齿条配合，如下图所示：齿条的分度线与齿轮的分度圆相切。六、某线图的五个点如下左图所示，各点坐标如右表所示。
姓名
再次，齿条的底面与支架的底面重合配合，如下图所示：
再次，齿条的侧面与支架的侧面平行配合，如下图所示：
再次，齿条的左侧面与支架的左侧面平行配合，如下图所示：
再次，插图零件1齿轮，如下图所示：
齿轮的侧面与齿条的侧面重合配合，再次配合--机械配合---齿轮齿条配合，如下图所示：
齿条的分度线与齿轮的分度圆相切。
六、某线图的五个点如下左图所示，各点坐标如右表所示。
(1)如采用拉格朗日插值原理进行插值，试绘出实现插值计算的计算机程序流程图。(10分)
(2)采用某种计算机编程语言（如C、Basic），编写程序实现该线图的拉格朗日插值计算。(10分)
(2)编程：
xOffset = 1;
if (nargin==2) || ...
(nargin==3 && ischar(varargin{3})) || ...
(nargin==4 && (~ischar(varargin{4}) || strcmp(varargin{4}, 'extrap')));
xOffset = 0;
end
ppOutput = false;
% PP = INTERP1(X,Y,METHOD,'pp')
if nargin>=4 && ischar(varargin{3}) && isequal('pp',varargin{4})
ppOutput=true;if(nargin>4)error('MATLAB:interp1:ppOutput',...'Use4inputsforPP=INTER P1(X,Y,METHOD,''pp'').')endend%ProcessYinINTERP1(Y,...)andINTE
ppOutput = true;
if (nargin > 4)
error('MATLAB:interp1:ppOutput', ...
'Use 4 inputs for PP=INTERP1(X,Y,METHOD,''pp'').')
end
end
% Process Y in INTERP1(Y,...) and INTERP1(X,Y,...)
y = varargin{1+xOffset};
siz_y = size(y);
% y may be an ND array, but collapse it down to a 2D yMat. If yMat is
% a vector, it is a column vector.
if isvector(y)
if size(y,1) == 1
% Prefer column vectors for y
yMat = y.';
n = siz_y(2);
else
yMat = y;
n = siz_y(1);
end
ds = 1;
prodDs = 1;
else
n = siz_y(1);
ds = siz_y(2:end);
prodDs = prod(ds);
yMat = reshape(y,[n prodDs]);
end
% Process X in INTERP1(X,Y,...), or supply default for INTERP1(Y,...) if xOffset
x = varargin{xOffset};
if ~isvector(x)
error('MATLAB:interp1:Xvector','X must be a vector.'); end
if length(x) ~= n
if isvector(y)
error('MATLAB:interp1:YInvalidNumRows', ...
'X and Y must be of the same length.')
else
error('MATLAB:interp1:YInvalidNumRows', ...
'LENGTH(X) and SIZE(Y,1) must be the same.');
end
end
% Prefer column vectors for x
xCol = x(:);
else
xCol = (1:n)';
end
% Process XI in INTERP1(Y,XI,...) and INTERP1(X,Y,XI,...) % Avoid syntax PP = INTERP1(X,Y,METHOD,'pp')
if ~ppOutput
xi = varargin{2+xOffset};
siz_xi = size(xi);
% xi may be an ND array, but flatten it to a column vector xiCol xiCol = xi(:);
% The size of the output YI
if isvector(y)
% Y is a vector so size(YI) == size(XI)
siz_yi = siz_xi;
else
if isvector(xi)
% Y is not a vector but XI is
siz_yi = [length(xi) ds];
else
% Both Y and XI are non-vectors
siz_yi = [siz_xi ds];
end
end
end
if xOffset && ~isreal(x)
error('MATLAB:interp1:ComplexX','X should be a real vector.')
end
if ~ppOutput && ~isreal(xi)
error('MATLAB:interp1:ComplexInterpPts', ...
'The interpolation points XI should be real.')
end
% Error check for NaN values in X and Y
% check for NaN's
if xOffset && (any(isnan(xCol)))
error('MATLAB:interp1:NaNinX','NaN is not an appropriate value for X.'); end
% NANS are allowed as a value for F(X), since a function may be undefined % for a given value.
if any(isnan(yMat(:)))
warning('MATLAB:interp1:NaNinY', ...
['NaN found in Y, interpolation at undefined values \n\t',...
' will result in undefined values.']);
end
if (n < 2)
if ppOutput || ~isempty(xi)
error('MATLAB:interp1:NotEnoughPts', ...
'There should be at least two data points.')
else
yi = zeros(siz_yi,superiorfloat(x,y,xi));
varargout{1} = yi;
return
end
end
% Process METHOD in
% PP = INTERP1(X,Y,METHOD,'pp')
% YI = INTERP1(Y,XI,METHOD,...)
% YI = INTERP1(X,Y,XI,METHOD,...)
% including explicit specification of the default by an empty input. if ppOutput
if isempty(varargin{3})
method = 'linear';
else
method = varargin{3};
end
else
if nargin >= 3+xOffset && ~isempty(varargin{3+xOffset})
method = varargin{3+xOffset};
else
method = 'linear';
end
end
% The v5 option, '*method', asserts that x is equally spaced.
eqsp = (method(1) == '*');
if eqsp
method(1) = [];
end
% INTERP1([X,]Y,XI,METHOD,'extrap') and INTERP1([X,]Y,Xi,METHOD,EXTRAPVAL) if ~ppOutput
if nargin >= 4+xOffset
extrapval = varargin{4+xOffset};
else
switch method(1)
case {'s','p','c'}
extrapval = 'extrap';
otherwise
extrapval = NaN;
end
end
end
% Start the algorithm
% We now have column vector xCol, column vector or 2D matrix yMat and % column vector xiCol.
if xOffset
if ~eqsp
h = diff(xCol);
eqsp = (norm(diff(h),Inf) <= eps(norm(xCol,Inf)));
if any(~isfinite(xCol))
eqsp = 0; % if an INF in x, x is not equally spaced
end
end
if eqsp
h = (xCol(n)-xCol(1))/(n-1);
end
else
h = 1;
eqsp = 1;
end
if any(h < 0)
[xCol,p] = sort(xCol);
yMat = yMat(p,:);
if eqsp
h = -h;
else
h = diff(xCol);
end
end
if any(h == 0)
error('MATLAB:interp1:RepeatedValuesX', ... 'The values of X should be distinct.');