課程名稱：機械CAD/CAM

　　課程代號：4697

　　第一部分　課程性質與目標

　　一、課程性質與特點

　　《機械CAD/CAM》是高等教育自學考試機械制造及自動化（數控方向）專業的一門專業課。該課程是一門綜合性很強的技術科學，是在完成計算輔助繪圖、計算機程序語言、機械設計/機械制造工藝等相關專業基礎課程與專業課程學習后開設的必修課程之一。

　　本課程重點介紹CAD/CAM基本思想和基本原理。其中包括：CAD/CAM的基本概念、系統組成、幾何模型、圖形功能、工程分析、計算機輔助工藝過程設計（CAPP），以及CAD/CAM中的數控編程等有關知識。

　　CAD/CAM是先進制造技術的基礎構件，通過學習本課程，有益于學生全面掌握并綜合運用機械制造領域的基礎知識與專業知識。

　　本大綱是根據教育部制定的高等教育自學考試機械制造及其自動化專業培養目標編寫的。立足于培養數控應用技術方向的高素質人才。本大綱敘述的內容盡可能簡明實用，便于自學。

　　二、課程目標與基本要求

　　本課程的目標和任務是使學生通過本課程的自學和輔導考試，進行有關機械CAD/CAM基礎理論、基本知識和CAD/CAM軟件應用能力的考察和訓練。使學生了解CAD/CAM技術的發展趨勢。

　　課程基本要求如下：

　　1、掌握CAD/CAM技術的基本概念、發展過程及其重要地位與作用。了解CAD/CAM的研究應用狀況。

　　2、握CAD/CAM系統的硬件構成和軟件構成。學習二維CAD系統和三維CAD技術的主要功能，學會合理選擇CAD/CAM系統的硬件和軟件。

　　3、學習CAD/CAM技術中幾何建模的理論知識，掌握各種幾何模型的特點，學會使用一種CAD/CAM軟件建立零件幾何模型。

　　4、學習CAD/CAM技術中的圖形處理功能，掌握二維圖形變換和三維圖形變換的理論知識。

　　5、掌握計算機輔助工藝過程設計（CAPP）的基本原理以及各類CAPP系統的特點和存在的問題。

　　6、掌握CAD/CAM軟件編制數控程序的方法。

　　7、學習有關CAD/CAM集成的理論知識和方法，了解CAD/CAM技術的發展趨勢。

　　8、本課程設置實驗課程，學習一種CAD/CAM軟件的使用。

　　三、與本專業其他課程的關系

　　本課程在機械制造及自動化（數控方向）專業的教學計劃中被列為專業課，該課程同時涉及到機械學、機械制造學等學科的知識。本課程的學習有益于學生全面掌握并綜合運用機械設計與制造領域的基礎知識和專業知識。

　　第二部分　考核內容與考核目標

　　第一章　緒論

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，掌握有關CAD/CAM技術的基本概念，了解CAD/CAM技術的發展過程，認識CAD/CAM技術在科技發展和社會進步歷程中的地位和所起的作用，了解CAD/CAM技術的研究及應用狀況。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）CAD/CAM的概念（重點）

　　識記：CAD、CAM及CAD/CAM的概念，CAD和CAM各自包含的范疇，CAD/CAM系統通常包含的功能模塊。

　　（二）CAD/CAM的發展（次重點）

　　識記：CAD技術的發展歷程，CAM技術的發展歷程以及CAD/CAM技術的發展歷程和重要年代。

　　理解：CAD技術和CAM技術在發展中是如何相互影響、相互促進的。CAD/CAM集中技術中統一產品數據模型的概念。

　　（三）CAD/CAM的地位和作用（次重點）

　　識記：產品的設計制造過程包含的各個階段。

　　理解：CAD/CAM技術在產品設計和制造的各個階段所起到的重要作用

　　第二章　CAD/CAM系統

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，掌握CAD/CAM系統的硬件系統和軟件系統的構成。了解構成CAD/CAM硬件系統的各種設備的主要性能指標。了解各種CAD/CAM應用軟件的特點，掌握CAD/CAM系統的軟硬件選擇原則，學會合理配置與選購CAD/CAM系統。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）CAD/CAM硬件系統（重點）

　　識記：CAD/CAM硬件系統的組成，CAD/CAM硬件系統的類型及其特點。

　　理解：CAD/CAM系統中各種硬件設備的構成及主要性能指標。

　　（二）CAD/CAM軟件系統（重點）

　　識記：CAD/CAM軟件系統的構成，不同層次的CAD/CAM軟件的特點。

　　理解：CAD/CAM軟件中系統軟件的構成及其主要功能，支撐軟件的類型及用途，國內外常用的CAD/CAM應用軟件及各自的特點。

　　（三）CAX技術（次重點）

　　識記：二維CAD系統的主要功能，三維CAD的主流技術，CAE系統的作用，CAM系統包含的范疇。

　　理解：不同CAD平臺間的數據交換，CAE系統的類型及各自的功能，CAM系統各個階段的主要任務。

　　（四）CAD/CAM系統的選擇原則（次重點）

　　識記：CAD/CAM系統的硬件選擇原則，CAD/CAM系統的軟件選擇原則。

　　理解：工作站平臺與微機平臺CAD/CAM軟件的特點。

　　應用：合理配置與選購CAD/CAM系統。

　　第三章　CAD/CAM中的幾何模型

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，了解幾何模型在CAD/CAM技術中的重要作用，掌握CAD/CAM系統中幾何模型分類、構成及在計算機內的存儲方式。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）幾何模型的概念及作用（次重點）

　　識記：幾何模型的概念，幾何模型在CAD/CAM系統中的作用，幾何造型中的三種幾何模型。

　　理解：幾何模型的構成，幾何信息與拓撲信息所包含的內容，幾何模型常用的數據結構。

　　（二）線框模型（次重點）

　　識記：線框模型的概念，線框模型用于構圖的圖素。

　　理解：線框模型的特點。

　　（三）曲線模型（一般）

　　識記：常用的曲線模型

　　理解：三次樣條曲線、貝塞爾曲線及三次B樣條曲線的特點。

　　應用：用商品化CAD軟件繪制給定節點坐標的三次樣條曲線、貝塞爾曲線和三次B樣條曲線。

　　（四）曲面模型（次重點）

　　識記：表面模型的概念，與線框模型的不同。常用的曲面模型。

　　理解：生成曲線、曲面的常用方法，各種曲線、曲面模型的參數方程，

　　（五）實體模型（重點）

　　識記：實體造型系統的特點，實體模型與線框或表面模型的根本區別。體素的概念，三種實體表示法的優缺點。邊界表示法（B－rep）構建幾何模型的特點，掃描法構造幾何實體。

　　理解：構造實體幾何表示法，體素的表達方式及正則化布爾運算；

　　（六）特征模型（次重點）

　　識記：不同的應用環境下對特征的理解，特征的分類，零件特征模型數據模式的不同層次。

　　理解：特征造型的特點和作用，參數化特征造型的優點。

　　應用：回轉體零件的部分特征，以形面特征為基礎的多層次箱體類零件信息的描述方法。

　　第四章　CAD/CAM中的圖形功能

　　一、學習目的與要求：

　　通過本章的學習，重點掌握圖形變換中的基本概念和原理，各種圖形變換矩陣。了解圖形交互用戶界面的類型和完成各種特定的交互任務所使用的交互技術及交互設備，掌握圖形編輯的基本方法。

　　二、考核知識點與考核目標：

　　（一）圖形變換（重點）

　　識記：計算機繪圖中用到的幾種坐標系（WC、DC、NDC）的概念及用途，窗口和視區的概念。

　　理解：三維圖形基本變換的變換矩陣；平行透視投影變換矩陣；窗口－視區變換矩陣。

　　應用：三維圖形平移變換、比例變換、旋轉變換等基本變換的計算，將窗口中的圖形變換到視區中

　　（二）交互工具（一般）

　　識記：用戶界面的類型、交互技術的類型、應用界面、編輯界面和窗口管理界面的概念。

　　理解：各種用戶界面的操作方式及用途，各種交互技術的用途及所使用的交互設備，國際上各種用戶界面標準。

　　（三）二維圖形的裁剪（次重要）

　　識記：直線段與窗口的關；；

　　理解：點的裁剪方法——逐點比較法，直線段的裁剪算法：①編碼裁剪算法；②矢量裁剪算法；③中點分割裁剪算法；④多邊形裁剪算法；⑤字符的裁剪算法；隱藏線和隱藏面的消除；

　　（四）隱藏線和隱藏面的消除

　　識記：消隱的概念；消隱圖的概念；

　　理解：隱藏線消除，第一類消隱和第二類消隱的基本原理。

　　第五章　CAD/CAM中的工程分析

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，了解工程分析對于CAD/CAM，乃至整個產品生命周期的重要意義，了解常用的工程分析方法及應用領域，掌握有限元法的基本解法和步驟，產品的運動分析的基本步驟。了解何種產品在設計時需要進行動力學特性分析。了解產品的　力學特征分析，商品化軟件的各個應用模塊。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）CAD/CAM系統中的工程分析模塊（次重點）

　　識記：工程分析對于CAD/CAM，乃至整個產品生命周期的重要意義。

　　理解：常用的工程分析的種類及應用場合。

　　（二）有限元法分析（重點）

　　識記：有限元法的基本思想

　　理解：有限元法的基本解法與步驟，有限元法分析軟件的結構，有限元法分析的前置處理和后置處理的基本功能。

　　應用：會使用某種CAD/CAM軟件的CAE模塊對簡單零件有限元網格劃分。

　　（三）產品的運動特性分析（次重點）

　　識記：Working  Model軟件提供的顯示模式。

　　理解：以Working  Model軟件為例說明運動學特征分析的應用，運動分析的基本步驟。

　　應用：用CAD/CAM軟件進行產品的運動特性分析

　　（四）產品的動力學特征分析（一般）

　　識記：應該進行動力學特征分析的產品。

　　理解：以ADAMS（Automatic  Dynamic  Anal  of  Mechanical  System）軟件為例，說明動力學特征分析的各個功能模塊。

　　第六章　計算機輔助工藝過程設計（CAPP）

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，了解計算機輔助工藝過程設計的意義。掌握CAPP系統構成和分類，了解CAPP對零件信息描述方法，掌握各類CAPP系統工作的基本原理，了解工藝數據庫CAPP存在的問題和發展趨勢。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）CAPP概述（次重點）

　　識記：工藝設計的基本概念；CAPP的構成和分類。

　　理解：工藝設計的主要內容，CAPP的工作過程，CAPP的意義，CAPP的基礎技術。

　　（二）零件信息描述與輸入（重點）

　　識記：零件的信息包含的內容，幾何信息和工藝信息的內涵。

　　理解：零件信息描述方法；CAD/CAM集成系統中的零件信息描述。

　　應用：回轉類零件的信息描述，箱體類零件的信息描述。

　　（三）工藝過程的生成（重點）

　　識記：派生式CAPP系統的基本原理和工藝過程設計特點；合成式CAPP系統的基本原理和工藝過程設計特點。

　　理解：合成式CAPP系統中工藝決策過程和決策方法，合成式CAPP系統中的專家系統的組成，派生式CAPP的設計過程以及各組成部分的作用，合成式CAPP的設計過程。

　　應用：軸類零件的主樣件設計和典型工藝過程的制定。

　　（四）工藝數據庫（一般）

　　識記：工藝數據庫的定義及類型

　　理解：工藝數據庫的內容

　　（五）CAPP存在的問題和發展趨勢（一般）

　　理解：CAPP存在的問題，CAPP發展趨勢

　　第七章　CAD/CAM中的數控編程

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，熟悉數控編程的基礎知識；了解計算機輔助編程所經歷的不同發展階段；了解數控語言自動編程的基本過程和編程方法；掌握圖形交互自動編程的基本原理、系統組成和編程過程。掌握CAD/CAM集成編程的基本概念及其特點，了解CAD/CAM集成編程系統的基本組成及編程過程，學會應用CAD/CAM集成編程系統進行數控編程。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）數控編程的基礎（次重點）

　　識記：數控程序的組成，理解機床坐標系、機床厚點與參考點及工件坐標系的概念。

　　理解：數控編程方法分類及特點，計算機輔助編程所經歷的發展階段。

　　（二）數控語言自動編程（一般）

　　識記：APT語言的基本元素。

　　理解：數控語言自動編程的基本過程，APT語言數控源程序的組成。

　　應用：用APT語言編程零件加工的數控源程序。

　　（三）圖形交互自動編程（一般）

　　理解：圖形交互自動編程的基本原理，圖形交互編程系統的組成及編程過程。

　　（四）CAD/CAM集成編程（重點）

　　識記：CAD/CAM集成編程的基本概念及其特點，后置處理的概念。

　　理解：CAD/CAM集成系統的基本組成及編程過程、工藝處理、刀具軌跡生成與編輯、刀具軌跡驗證、數控程序的生成、校驗與仿真及后置處理過程。

　　應用：用商品化CAD/CAM系統對某給定零件進行造型，并生成數控加工程序。

　　第八章　CAD/CAM集成

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，理解CAD/CAM集成的基本概念與作用，熟悉CAD/CAM集成系統的基本組成。了解CAD/CAM集成系統的不同結構類型，掌握CAD/CAM集成方法，了解產品數據管理技術，掌握基于特征的集成產品數據模型的層次結構。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）CAD/CAM集成概念（重點）

　　識記：集成的概念， CAD/CAM集成方式。

　　理解：CAD/CAM集成的作用，CAD/CAM集成系統的基本組成， CAD/CAM集成系統的結構類型。

　　（二）CAD/CAM集成方法（一般）

　　識記：CAD/CAM集成方法，CAD/CAM集成的專用接口，DXF格式、IGES及STEP標準的含義。

　　理解：基于專用接口的CAD/CAM集成模式，基于STEP的CAD/CAM集成，基于數據庫的CAD/CAM集成。

　　（三）產品數據管理（次重點）

　　識記：產品數據表達，PDM的概念。

　　理解：PDM系統的體系結構，PDM系統的主要功能，PDM與CAD/CAM集成的關系。

　　第九章　CAD/CAM技術的發展趨勢

　　一、學習目的與要求

　　通過本章的學習，了解CAD/CAM技術的發展趨勢及支持技術。

　　二、考核知識點與考核目標

　　（一）CAD/CAM技術的發展趨勢（次重點）

　　識記：CAD/CAM技術的發展方向，專家系統分類，智能CAD/CAM的工作步驟，CAD/CAM網絡化的特點。

　　理解：CAD/CAM交互化，虛擬現實技術的重要特征，CAD/CAM技術的智能化，CAD/CAM專家系統的特點，CAD/CAM技術的集成化與網絡化，基于局域網的CAD系統

　　應用：構建基于Internet的CAD/CAM系統框架。

　　第三部分　實踐環節

　　實驗一　用CAD/CAM軟件構建實體模型

　　一、目的與要求：

　　1、通過上機講授并演示，使學生熟練掌握曲線的各種繪制方法，掌握Curve（曲線）、Feature（特征）、Drafting（繪圖）等各種命令的使用。

　　2、領會設計思想

　　3、建立三維模型

　　二、實驗內容

　　1、以一個復雜零件為例，講述其設計過程。

　　2、學生練習繪制曲線，建立各個特征（Feature）。

　　3、完成整個零件模型的建立。

　　實驗二　用CAD/CAM軟件繪工程圖

　　一、目的與要求：

　　1、掌握由三維模型到工程用三視圖的轉換方法；

　　2、掌握某CAD/CAM軟件的各種繪圖命令；

　　3、學會繪制視圖并標注尺寸。

　　二、實驗內容

　　1、建立新圖紙；

　　2、添加視圖，編輯修改視圖；

　　3、學會尺寸標注，繪制某一零件的工程圖紙。

　　實驗三　用CAD/CAM軟件構建曲面

　　一、目的與要求：

　　1、掌握曲面的構建；

　　2、學習曲面造型模塊的各種命令。

　　二、實驗內容

　　1、運用某種CAD/CAM軟件創建新曲面、修整已有曲面；

　　2、由曲面創建某零件的實體模型。（如鼠標上蓋）

　　實驗四　用CAD/CAM軟件進行產品的運動特性分析

　　一、目的與要求：

　　學會應用CAD/CAM軟件工程分析模塊進行產品的運動特性分析；

　　二、實驗內容

　　1、設定零件之間約束關系（如剛性連接、電機、轉動副、球面副、移動驅動等）。

　　2、參數的定量模擬及參數的修改；

　　3、對某產品的運動特性進行分析。

　　實驗五　用CAD/CAM軟件編制三維曲面加工數控程序

　　一、目的與要求：

　　1、掌握數控編程的一般流程，數控加工工藝的特點；

　　2、學會CAD/CAM軟件中切削參數的設定、刀具的選定等；

　　3、學會用CAD/CAM軟件自動編制零件的數控加工程序。

　　二、實驗內容

　　1、應用數控加工模塊實現平面銑操作的數控程序；

　　2、應用數控加工模塊直接加工曲面模型；

　　實驗六　用CAD/CAM軟件編制數控程序并模擬數控加工過程

　　一、目的與要求：

　　掌握曲面輪廓銑削的方法，并用CAD/CAM軟件模擬數控加工過程，檢查加工過程中是否有干涉。

　　二、實驗內容

　　1、應用CAD/CAM軟件創建清根切削操作；

　　2、創建毛坯模型；模擬實驗五生成的數控加工程序；

　　3、檢查上一步加工過程中是否有干涉。

　　第四部分　有關說明與實施要求

　　一、考核的能力層次表述

　　本大綱在考核目標中按著“識記”、“理解”、“應用”等三個能力層次規定考生應達到的能力層次要求，各能力層次為梯進等級關系，后者必須建立在前者的基礎上，其含義是：

　　識記：能知道有關的名詞、概念、知識的含義，并能正確認識和表述。

　　理解：在了解的基礎上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法與技能，并把握上述內容的區別和聯系。

　　應用：在理解的基礎上，能運用基本概念、基本原理、基本方法與技能，分析和解決有關的理論和實際問題，并能夠運用多個知識點進行綜合分析，解決問題。

　　二、教材

　　指定教材：計算機輔助設計與制造，天津大學出版社，李佳主編，2002年8月第一版。

　　參考教材：機械CAD/ACM，武漢理工大學出版社，魏生民主編，2001年9月第一版。

　　三、自學方法指導

　　1、在開始學習指導教材每一章之前，應先閱讀大綱中有關這一章考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，使閱讀教材有的放矢。

　　2、閱讀教材時，要仔細閱讀逐字逐句推敲，深刻理解基本概念，基本理論，牢固把握基本方法與技能。

　　3、自學過程中堅持作好讀書筆記，做到有歸納，有總結，有理解。自學過程中除了勤于思考外，還要勤于提問，勤于請教，勿死記硬背，生搬硬套，急于求成。要注意所學內容縱向和橫向的關系。

　　四、對社會助學的要求

　　1、應熟知考試大綱對課程提出的目標總要求和各章掌握的知識點。

　　2、應熟知各知識點要求達到的能力層次，并深刻體會與各知識點的考核目標。

　　3、輔導時應注意指導考生加強本學科研究方法的訓練，加強考生自學能力、觀察和思維能力、分析解決問題能力及創新意識的培養。

　　4、輔導時應以考試大綱為準，指定教材為基礎，避免隨意超綱。

　　5、輔導時協助考生理解知識點的能力層次，不可將試題難易與能力層次直接掛鉤。

　　6、輔導時應突出重點，對學生要啟發引導，不可讓學生死記硬背。

　　7、輔導時應要求學生刻苦學習，鉆研教材，獨立思考，勤與提問。

　　8、助學學時：本課程共6學分，建議總課時108學時，其中助學課時分配如下：

　　五、關于命題考試的若干規定

　　1、本大綱各章所提到的考核內容和考核目標都是考試內容。試題覆蓋到章，適當突出重點，試題內容不超綱。

　　2、試卷中試題比例一般為識記占20%、理解占35%、應用占45%.

　　3、反映不同難易度的試題分數比例一般為易占20%、較易占30%、較難占30%、難占20%.

　　4、每份試卷中各類考核點所占比例約為重點65%、次重點占25%、一般占10%.

　　5、試題類型一般為：填空題、名詞解釋、單項選擇、多項選擇、判斷說明題、簡答題、問答題、作圖題、計算題等。

　　6、考試采用閉卷筆試（70%）和上機考核（30%），筆試時間120分鐘，上機考核時間150分鐘，采用百分制評分，60分及格。

　　六、題型示例

　　一、填空題：

　　1、CAD/CAM系統由__________和__________兩部分構成。

　　二、解釋名詞：

　　1、參數化設計

　　三、單項選擇：

　　1、__________是CAD/CAM系統應用更早、更簡單的一種三維幾何造型方法。

　　A.曲線、曲面模型；B.線框模型；C.實體模型；D.特征模型

　　四、多項選擇：

　　1、三維CAD系統的主流技術包括__________.

　　A參數化設計；  B模塊化設計；  C變量化設計；

　　D特征造型技術；  E數據庫技術

　　五、判斷說明題（下列說法是否正確，簡要說明）

　　1、成組技術（GT）是派生式CAPP的基礎。

　　六、簡答題：

　　1、企業采用CAD/CAM技術可以獲得哪幾方面的效益

　　七、問答題：

　　1、試述工程分析對于CAD/CAM乃至整個產品生命周期的意義？