《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造》課件第7章

第7章計(jì)算機(jī)建模技術(shù)7.1計(jì)算機(jī)建模技術(shù)概述7.2幾何建模技術(shù)7.3特征建模技術(shù)

7.1計(jì)算機(jī)建模技術(shù)概述

7.1.1計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示及建模技術(shù)

計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示及建模技術(shù)是CAD/CAM系統(tǒng)的核心技術(shù)，也是計(jì)算機(jī)能夠輔助人類從事設(shè)計(jì)、制造活動(dòng)的根本原因。對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界中的物體，從人們的想象出發(fā)，到完成它的計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的這一過(guò)程稱為建模。建模的步驟如圖7-1所示。圖7-1計(jì)算機(jī)建模示意圖7.1.2建模的方法及其發(fā)展

由于對(duì)客觀事物的描述方法、存儲(chǔ)內(nèi)容、存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的不同而有不同的建模方法和不同的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。

1.幾何建模的定義

就機(jī)械產(chǎn)品的CAD/CAM系統(tǒng)而言，最終產(chǎn)品的描述信息包括形狀信息、物理信息、功能信息及工藝信息等，其中形狀信息是最基本的。

2.特征建模概念的提出

幾何建模技術(shù)推動(dòng)了CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，但隨著信息技術(shù)的發(fā)展及計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，對(duì)CAD/CAM系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求，尤其是計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)技術(shù)的出現(xiàn)，要求將需求分析、設(shè)計(jì)開發(fā)、制造生產(chǎn)、質(zhì)量檢測(cè)、售后服務(wù)等產(chǎn)品整個(gè)生命周期中各個(gè)環(huán)節(jié)的信息有效地集成起來(lái)。

7.2幾何建模技術(shù)

7.2.1幾何建模系統(tǒng)的分類

1.二維幾何建模系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型可以是二維的，也可以是三維的，這主要取決于應(yīng)用場(chǎng)合和目的。

2.三維幾何建模系統(tǒng)

眾所周知，現(xiàn)實(shí)世界的物體是三維的，因而三維幾何建模系統(tǒng)可以更加真實(shí)、完整、清楚地描述物體，它代表了CAD發(fā)展的主流。

根據(jù)描述方法及存儲(chǔ)的幾何信息、拓?fù)湫畔⒌牟煌?，三維幾何建模系統(tǒng)可以分為如圖7-2所示的三種不同層次的建模類型，即線框建模、表面建模、實(shí)體建模。早期CAD系統(tǒng)往往分別對(duì)應(yīng)以上三種建模方法，而當(dāng)前的發(fā)展則是將三者有機(jī)結(jié)合起來(lái)，各用所長(zhǎng)，形成一個(gè)整體的三維建模方法。圖7-2計(jì)算機(jī)三維建模方法7.2.2三維幾何建模技術(shù)

1.線框建模

線框建模是CAD技術(shù)中最早使用的三維模型，它表示的是物體的棱邊。

2.表面建模

表面模型(SurfaceModeling)是以物體的各表面為單位來(lái)表示形體特征的。

3.實(shí)體建模

實(shí)體模型采用有向棱邊用右手法則確定所在面外法線的方向，以描述表面的哪一側(cè)是存在的實(shí)體。

7.3特征建模技術(shù)

7.3.1產(chǎn)品建模技術(shù)的發(fā)展概況

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的過(guò)程也是信息處理的過(guò)程。設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)品信息的表達(dá)方式與當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)發(fā)展水平緊密相關(guān)。7.3.2特征建模方法概述

特征建模可大致歸為交互式特征定義、特征識(shí)別和基于特征設(shè)計(jì)三個(gè)方面。7.3.3特征的概念與分類

1.特征的概念

自20世紀(jì)70年代末提出特征概念以來(lái)，至今仍沒(méi)有一個(gè)嚴(yán)格的完整的特征定義。比較一致的意見認(rèn)為，特征是具有屬性的，與設(shè)計(jì)、制造活動(dòng)有關(guān)，并含有工程意義和基本幾何實(shí)體或信息的集合。

2.特征的抽象和分類

不同的應(yīng)用領(lǐng)域和不同的工廠，特征的抽象和分類方法有所不同。

3.形狀特征的分類

形狀特征是描述零件或產(chǎn)品的最主要的特征，有必要對(duì)它再詳細(xì)分類，如圖7-3所示。根據(jù)形狀特征在構(gòu)造零件中所起的作用不同，可分為主形狀特征(簡(jiǎn)稱主特征)和輔助形狀特征(簡(jiǎn)稱輔特征)兩類。圖7-3零件形狀特征的分類7.3.4特征聯(lián)系

為了方便描述特征之間的聯(lián)系，提出了特征類、特征實(shí)例的概念。特征類是關(guān)于特征類型的描述，是具有相同信息性質(zhì)或?qū)傩缘奶卣鞲爬ā?.3.5特征的表達(dá)方法

作為特征，主要有兩方面的內(nèi)容：一是表達(dá)幾何形狀的信息；二是表達(dá)屬性或非幾何信息。根據(jù)幾何形狀信息和屬性在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的關(guān)系，特征可分為集成模式與分離模式。前者將屬性信息與幾何形狀信息集成地表達(dá)在同一內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；而后者是將屬性信息表達(dá)在與幾何形狀模型分離的外部結(jié)構(gòu)中。

1.集成模式

集成模式的優(yōu)點(diǎn)：

(1)可以避免分離模式中內(nèi)部實(shí)體模型數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)不一致和冗余；

(2)可以同時(shí)對(duì)幾何模型與非幾何模型進(jìn)行多種操作，因而用戶界面友好；

(3)可以方便地對(duì)多種抽象層次的數(shù)據(jù)進(jìn)行存取的通信，從而滿足不同應(yīng)用的需要。

2.分離模式

幾何形狀信息的表達(dá)，有隱式表達(dá)和顯式表達(dá)之分。隱式表達(dá)是特征生成過(guò)程的描述，顯式表達(dá)是確定的幾何/拓?fù)湫畔⒌拿枋?。如圖7-4所示的一個(gè)外圓柱，顯示表達(dá)將含有圓柱面、兩底面及邊界細(xì)節(jié)；隱式表達(dá)用中心線、長(zhǎng)度和直徑來(lái)描述。圖7-4顯式與隱式表達(dá)示意圖7.3.6特征庫(kù)的建立