【正文】 材料成型CAD/CAE/CAM復(fù)習(xí)題1 總結(jié)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的兩種基本思想，各自從設(shè)計(jì)階段到生產(chǎn)階段與CAD/CAE/CAM技術(shù)的相關(guān)性及過程？ 一種途徑是基于機(jī)械CAD軟件平臺的概念設(shè)計(jì)； 另一種途徑是基于已有樣品或手工模型的反求工程技術(shù)（或稱逆向工程技術(shù)）2 試述線框造型、表面造型以及實(shí)體造型的優(yōu)缺點(diǎn)？（1）線框造型：優(yōu)點(diǎn)：線框造型的方法及其模型都較簡單，便于處理，具有圖形顯示速度快，容易修改優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：①圖形的二義性（不能唯一表示一個圖形）；②難以進(jìn)行形體表面交線計(jì)算和物性計(jì)算，不便于消除隱藏線，不能滿足表面特性組合和存儲及多坐標(biāo)數(shù)控加工刀具軌跡的生成等。（2）表面造型：優(yōu)點(diǎn)：①可以識別和顯示復(fù)雜的曲面；②可以識別表面特征；③可以進(jìn)行高級刀具軌跡的仿真。缺點(diǎn)：①不能完整全面地表達(dá)物體形狀；②難以直接用于物性計(jì)算，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不易顯示。（3）實(shí)體造型優(yōu)點(diǎn)：①全面完整地定義立體圖形；②可以自動計(jì)算物性、檢測干涉、消隱和剖切形體。3 Ferguson曲線、Bezier曲線、B樣條曲線各自的優(yōu)缺點(diǎn)？Ferguson優(yōu)點(diǎn)：曲線簡單，易于理解；缺點(diǎn)：一是設(shè)計(jì)條件不易控制，二是如果定義高次Ferguson曲線，需要用到曲線始末兩點(diǎn)的高階導(dǎo)數(shù)。Bezier曲線優(yōu)點(diǎn)：具有一定的靈活性，即不再受曲線需要經(jīng)過所有的點(diǎn)這一限制；缺點(diǎn)：一是數(shù)學(xué)計(jì)算很麻煩，二是不便對曲線進(jìn)行局部修改，三是多邊形邊數(shù)較多時，多邊形對曲線的控制程度減弱。B曲線優(yōu)點(diǎn)：直觀，局部修改方便，對特征多邊形逼得更近，多項(xiàng)式次數(shù)低，分段曲線拼接條件簡單；缺點(diǎn)：增加了定義曲線的數(shù)據(jù)，控制頂點(diǎn)數(shù)及節(jié)點(diǎn)數(shù)。4 什么是曲面的反算、拼接和互化？（1）反算：自由曲面在計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲的是控制點(diǎn)，但在實(shí)際工程中，往往先經(jīng)測繪得到曲面的型值點(diǎn)，然后再由型值點(diǎn)反算出控制點(diǎn)。由于曲面是由空間點(diǎn)經(jīng)過兩次調(diào)配得到的，因而曲面的控制點(diǎn)的反算需要“兩次反算過程”，第一次反算過程為：將一個參數(shù)方向（如u方向）上的型值點(diǎn)依次按曲線反算方法反算出一系列點(diǎn)；第二次反算過程為：沿另一個參數(shù)方向（如υ方向），將第一次反算得到的點(diǎn)次再按曲線反算方法反算出另一系列點(diǎn)，第二次反虎得到的點(diǎn)即為曲面的控制點(diǎn)。（2）拼接：以雙三次自由曲面為例，相鄰兩片曲面光滑拼接的條件為：①對Coons曲面：兩張雙三次Coons曲面片共邊界且在相鄰兩角點(diǎn)處的坐標(biāo)、u向切矢、υ向切矢、按矢分別相等；②地Bezier曲面：兩張雙三次Bezier曲面片在相領(lǐng)邊界處的相領(lǐng)的控制網(wǎng)格共邊且在同一平面上；③對B樣條曲面：由于每（44）即16個幾何條件定義一片雙三次曲面，如果定義B樣條曲面制造何矩陣Q有M行N列（M≥4，N≥4），則可以定義（M3）（N3）個曲面片。與三次B樣條曲線的連續(xù)性相似，只要（44）的子矩陣在Q矩陣中是依次向右或依次向下移動的，就能自動保證相鄰的曲面片或上下相領(lǐng)的曲面片二階連續(xù)。顯然，B樣條曲面的連續(xù)性條件十分簡單，這是B樣條曲面得到廣泛應(yīng)用的原因之一。（3）互化：雙三次Coons曲面、雙三次Bezier曲面、雙三次B樣條曲面之間可以相互轉(zhuǎn)化。5 常用的三種實(shí)體造型方法邊界表示法、掃動法和構(gòu)造實(shí)體幾何法的優(yōu)缺點(diǎn)？（1）邊界表示法：優(yōu)點(diǎn)：①便于圖形的顯示和輸出。②對物體的材質(zhì)、比重、顏色等屬性數(shù)據(jù)，比較容易處理。③轉(zhuǎn)換成線框模型非常簡單。④表達(dá)的物體無二義性缺點(diǎn)：①邊界表示法不具惟一性②數(shù)據(jù)量大，需要較大的存儲空間。③邊界表示法的數(shù)據(jù)輸入比較麻煩，須提供方便的用戶界面（2）掃動法：是通過將一個二維圖形或一個形體沿某一路徑掃動產(chǎn)生新圖形的一種表示模式。掃動方式：平移掃動 — 掃動軌跡為直線，旋轉(zhuǎn)掃動 — 掃動軌跡為圓或圓弧（3）構(gòu)造實(shí)體幾何法（CSG）：優(yōu)點(diǎn)：①體素拼合是一個集合運(yùn)算過程；②運(yùn)算結(jié)果依然是正則集：③表示一個復(fù)雜形體非常簡潔，所定義的幾何形狀不易產(chǎn)生錯誤，用戶輸入的信息量少，描述物體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)非常緊湊。 缺點(diǎn)：①為隱式模型，不反映物體的面、邊、頂點(diǎn)等有關(guān)邊界信息，也不顯示說明三維點(diǎn)集與所表示物體的對應(yīng)關(guān)系；②進(jìn)行拼合操作及最終顯示物體時，還需將CSG樹這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)檫吔绫硎?Brep)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，為此在計(jì)算機(jī)內(nèi)除了存儲CSG樹外．還應(yīng)有一套數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存放體素的體—面—邊信息。 6 特征造型和幾何造型有什么區(qū)別？為什么要采用特征造型？（1）幾何造型：利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)描述零件幾何形狀及其相關(guān)信息，建立零件計(jì)算機(jī)模型的技術(shù)稱為幾何造型。幾何造型法存在問題：①零件定義不完整；只能定義零件的公稱幾何形狀，而作為零件的其他信息如尺寸公差，表面粗糙度以及設(shè)計(jì)意圖等不能表達(dá)；②信息定義的層次低。零件以點(diǎn)、線、面等較低層次的幾何與拓?fù)湫畔⒚枋觯挥挟?dāng)這些信息作為圖形顯示出來時，人們才能理解其含義，另外實(shí)體模型一旦建立，修改不方便。（2）特征造型（Feature Modeling）：是以實(shí)體模型為基礎(chǔ)，用具有一定設(shè)計(jì)或加工功能的特征作為造型的基本單元建立零件的幾何模型。特征造型的優(yōu)點(diǎn)：①幾何造型是為了完善產(chǎn)品的幾何描述能力，特征造型著眼于更好地表達(dá)產(chǎn)品的完整的技術(shù)和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息服務(wù)。②它使產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作在更高的層次上進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員的操作對象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素，象螺紋孔、定位孔、鍵槽等。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，使得建立的產(chǎn)品模型容易被別人理解并組織生產(chǎn)，設(shè)計(jì)的圖樣更容易修改。③有助于加強(qiáng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)各部門間的聯(lián)系，能及時得到后續(xù)環(huán)節(jié)的反饋意見，為開發(fā)新一代的基于同一產(chǎn)品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)創(chuàng)造前提。④有助于產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝方法的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。⑤將推動各行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的歸納、總結(jié)，從中提煉出更多規(guī)律性知識，促進(jìn)智能化CAD系統(tǒng)和智能制造系統(tǒng)的逐步實(shí)現(xiàn)。7 常見的特征造型方法？（1）交互特征標(biāo)定(Interactive Feature Definition)通過交互方式人工輔助識別特征，輸入工藝信息，建立起零件描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種方法效率低，易出錯。已經(jīng)很少使用。（2）自動特征識別(Automatic Feature Recognition) 利用實(shí)體建模信息，自動標(biāo)識特征，交互輸入工藝信息，這種方式應(yīng)用面廣，但由于識別能力有限，所以使用的零件范圍狹小，有一定的局限性。（3）基于特征設(shè)計(jì)(Design by Feature)。利用特征進(jìn)行零件設(shè)計(jì)，即在設(shè)計(jì)階段就調(diào)入形狀特征造型，逐步把幾何信息和特征信息存入數(shù)據(jù)庫中，建立零件的特征數(shù)據(jù)模型。8 工程數(shù)據(jù)庫與一般數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)相比的特點(diǎn)？工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Engineering Data Base Management System, EDBMS）與一般庫管理系統(tǒng)（DBMS)的主要區(qū)別和特點(diǎn)在于：(