《模具CAD與CAM的建模技術(shù)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《模具CAD與CAM的建模技術(shù)（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、本資料來源,更多資料請訪問,.(.),5.2.3,實體建模,Solid Modelling,體素法生成實體,以下圖所示是采用體素法，從定義基本體素到生成實體模型的全過程，通過定義,4,個基本體素，經(jīng)過三次集合運算，完成三維實體的建模。,5.2.3,實體建模,Solid Modelling,5.2.3,實體建模,Solid Modelling,5.2.3,實體建模,Solid Modelling,掃描體素法,定義,利用基體的變形操作實現(xiàn)外表形狀較為復(fù)雜的物體的建模方法稱為掃描法，掃描法又分為平面輪廓掃描和整體掃描兩種方法。,基本原理,用曲線、曲面或形體沿某一路徑運動后生成,2D,或,3D,的物體

2、。掃描變換需要兩個分量，一是給出一個運動形體，稱為基體；另一個是指定形體運動的路徑。,5.2.3,實體建模,Solid Modelling,掃描體素法,優(yōu)點,由于三維實體建模能唯一、準(zhǔn)確、完整地表達物體的形狀，且容易理解和實現(xiàn)，因而被廣泛應(yīng)用于設(shè)計和制造中。,掃描體素法,是對在某一方向具有固定剖面產(chǎn)品形狀造型的一種有用而有效的方法，可對產(chǎn)品進行描述、特性分析、運動分析、干預(yù)檢驗以及有限元分析、加工過程的模擬仿真等。,5.2.3,實體建模,Solid Modelling,1,）平面輪廓掃描法,這種方法的基本設(shè)想是由任一平面輪廓在空間平移一個距離或繞一固定的軸旋轉(zhuǎn)就會掃描出一個實體。,5.2.3,

3、實體建模,Solid Modelling,2,）整體掃描法,三維實體掃描法就是首先定義一個三維實體作為掃描基體，讓此基體在空間運動，運動可以是沿某一方向移動，也可以是繞某一軸線轉(zhuǎn)動，或繞某一點擺動，如下圖,。,5.2.3,實體建模,Solid Modelling,線框建模、外表建模、實體建模的比較：,5.2.4,特征建模,Feature Modelling,幾何建模技術(shù)推動了,CAD/CAM,技術(shù)的開展，但幾何模型只是物體幾何數(shù)據(jù)及拓撲關(guān)系的描述，,無明顯的工藝信息、結(jié)構(gòu)和工程含義,，因而促進了特征建模技術(shù)的開展。,在建模技術(shù)中，特征的概念源于對零件幾何要素的歸納，以零部件的設(shè)計自動化為目的，

4、將產(chǎn)品的零部件設(shè)計中常用的幾何體的幾何定義為特征；進一步的開展使得特征技術(shù)著眼于從制造領(lǐng)域著手，將特征與工藝過程設(shè)計、數(shù)控加工自動編程相結(jié)合，從而提出了面向制造的設(shè)計,(DFM),概念。,5.2.4,特征建模,Feature Modelling,隨著特征的概念引伸至產(chǎn)品設(shè)計所需要的知識、零件設(shè)計所應(yīng)具有的功能、加工過程中的工藝過程等，并且在商品化的,CAD/CAM,軟件中幾乎都提供了由于產(chǎn)品開辟者定義特征的模塊，并試圖以積累設(shè)計經(jīng)驗、自動定義零件的受力分析、物理性能驗算、幾何造型、工藝可行性評價、裝配性分析等知識為基礎(chǔ)的綜合特征用于產(chǎn)品或零部件的設(shè)計。,5.3,實體建模中的形體表示模型及數(shù)據(jù)結(jié)

5、構(gòu),5.3.1,邊界表示法,5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,5.3.3,三維形體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),5.3,實體建模中的形體表示模型及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),與外表建模不同，三維實體建模在計算機內(nèi)部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是準(zhǔn)確、完整、統(tǒng)一地記錄了生成物體的各個方面的數(shù)據(jù)。,常見的實體建模表示方法有：,邊界表示法、構(gòu)造實體幾何法、混合表示法。,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,定義,用物體的邊界，如面、邊、點等低層的幾何元素描述物體的形狀。即一個實體可以通過它的面的集合來表示，而每一個面又可以用邊來描述，邊通過點，點通過三個坐標(biāo)值來定義。,邊界表示法強調(diào)實體外表的細節(jié)，詳細記錄了構(gòu)成物體的所

6、有幾何信息和拓撲信息，將面、邊、頂點的信息分層記錄，建立層與層之間的聯(lián)系。,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),邊界表示法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是網(wǎng)狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。如右圖所示的物體，將其按照實體、面、邊、頂點描述，在計算機內(nèi)部按網(wǎng)狀的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行存貯。,圖,5,9,四棱錐的邊界表示,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,優(yōu)點,有較多的關(guān)于面、邊、點及其相互關(guān)系的信息。有利于生成和繪制線框圖、投影圖，有利于計算幾何特性，易于同二維繪圖軟件銜接和同曲面建模軟件相關(guān)聯(lián)。,局限性,由于它的核心信息是面，因而對幾何物體的整體描述能力相對較差，無法提供關(guān)于實體生成過程的信息，也無法記錄組成幾

7、何體的基本體素的元素的原始數(shù)據(jù)，同時描述物體所需信息量較多，邊界表達法的表達形式不唯一。,5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,（,CSG,）,定義,Construct Solid Geometry,構(gòu)造立體幾何法簡稱,CSG,法，是一種通過布爾運算將簡單的基本體素拼合成復(fù)雜實體的描述方法。,用二叉樹表示物體的構(gòu)成，其中葉節(jié)點表示體素，內(nèi)節(jié)點表示布爾運算符。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)。樹葉為基本體素或變換矩陣，結(jié)點為運算，最上面的結(jié)點對應(yīng)著被建模的物體。如以下圖所示。,5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,（,CSG,）,圖,5-10,同一物體的第一種,CSG,結(jié)構(gòu),5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,（,CSG,）

8、,優(yōu)點,方法簡潔，生成速度快，處理方便，無冗余信息，而且,能夠詳細地記錄構(gòu)成實體的原始特征參數(shù)，甚至在必要,時可修改體素參數(shù)或附加體素進行重新拼合。,局限性,由于信息簡單，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)無法存貯物體最終的詳細,信息，例如邊界、頂點的信息等。,現(xiàn)在,CAD,系統(tǒng)都是用,CSG/B-Reps,混合起來表示的。,兩者表示優(yōu)缺點比較見,表,5,1,。,5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,（,CSG,）,CSG/B-reps,混合表示法,（,Hybird Model,）,定義,混合模式是建立在,邊界表示法,與,構(gòu)造立體幾何法,的,基礎(chǔ)上，在同一系統(tǒng)中，將兩者結(jié)合起來，共同表示,實體的方法。,原理,以,CSG,法為

9、系統(tǒng)外部模型，以,B-Reps,法為內(nèi)部模型，,CSG,法適于做用戶接口，而在計算機內(nèi)部轉(zhuǎn)化為,B-Reps,的數(shù)據(jù)模型。,5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,（,CSG,）,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),相當(dāng)于在,CSG,樹結(jié)構(gòu)的結(jié)點上擴充邊界法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，,如下圖。,圖,5-11,混合模式結(jié)構(gòu),5.3.2,構(gòu)造實體幾何法,（,CSG,）,CSG/B-reps,混合表示法,（,Hybird Model,）,混合模式是在,CSG,基礎(chǔ)上的邏輯擴展，起主導(dǎo)作用,的是,CSG,結(jié)構(gòu)，,B-Reps,的存在，減少了中間環(huán)節(jié)中,的數(shù)學(xué)計算量，可以完整的表達物體的幾何、拓,撲信息，便于構(gòu)造產(chǎn)品模型。,5.4,特征建模簡介,5.4.

10、1,特征技術(shù),5.4.2,特征分類,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,5.4,特征建模簡介,特征建模（,Feature Modeling,）,1.,幾何模型的缺陷,只是物體幾何數(shù)據(jù)及拓撲關(guān)系的描述，無明顯的,功能、結(jié)構(gòu)和工程含義。,缺少面向生產(chǎn)過程的信息特征，使信息傳遞、資,源共享和,CIMS,的實現(xiàn)較為困難，于是特征建模技,術(shù)應(yīng)運而生。,5.4.1,特征技術(shù),特征定義,特征是產(chǎn)品上經(jīng)常出現(xiàn)的，具有一定的語義信,息，能實現(xiàn)特定功能的一組幾何實體如,孔、槽、,凸臺、倒角等及其相關(guān)信息,的集合，它能用,于設(shè)計、制造、檢測、分析等目的。,特征是構(gòu)造零件的最基本的單元要素，它既反,映零件的幾何信息，

11、同時又反映零件的加工工,藝特征信息。為系統(tǒng)的集成提供了條件。,5.4.1,特征技術(shù),特征建模定義,特征的圖例,特征建模是一種建立在實體建模的基礎(chǔ)上，利用特征的概念面向整個產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)制造過程進行設(shè)計的建模方法，它不僅包含與生產(chǎn)有關(guān)的信息，而且還能描述這些信息之間的關(guān)系。,圖,5-13,特征的圖例及約束關(guān)系,5.4.2,特征分類,由于特征反映了具體的工程語義信息，因而對,于不同的產(chǎn)品、不同的應(yīng)用（如設(shè)計、分析、,加工、檢測、裝配等）和不同的生產(chǎn)工藝（如,切削加工、鑄造、沖壓、鍛造、注塑等）都會,有不同的特征表現(xiàn)形式。因此，對它進行一定,的分類是必要的。,5.4.2,特征分類,按產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的性

12、質(zhì)可分為如下幾大類：,幾何形狀特征,（,Form Feature,）,加工特征,（,Machine Feature,）,有限元,(,分析,),特征,（,Finite-element Feature,）,精度特征,（,Precision Feature,）,材料特征,（,Material Feature,）,5.4.2,特征分類,幾何形狀特征（,Form Feature,）,形狀特征表示產(chǎn)品的幾何信息、拓撲信息。形狀特征通過參數(shù)描述，都在產(chǎn)品中實現(xiàn)各自的功能，并對應(yīng)各自的加工方法、加工設(shè)備和刀具、量具、輔具。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以實體建模中,B-Reps,法為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)點包括特征類型、序號、尺寸及公差

13、等。通常它包含兩個層次，一個是低層次的點、線、面、環(huán)組成的,B-Reps,法結(jié)構(gòu)，另一個是高層次的由特征信息組成的結(jié)構(gòu)。,5.4.2,特征分類,加工特征（,Machine Feature,）,又稱為工藝特征或制造特征，表示工藝能力、約束與加工參數(shù)等。,有限元,(,分析,),特征,(Finite-element Feature),用來表示與有限元分析相關(guān)的信息，包括節(jié)點、單元和邊界條件。,精度特征（,Precision Feature,）,精度特征用來表達零件的尺寸公差、形狀公差、位置公差、外表粗糙度。,5.4.2,特征分類,材料特征（,Material Feature,）,材料特征用來表達材料

14、的種類、性能、熱處理和外表處理要求等。,特征建模除了實體建模中已有的幾何、拓撲信息之外，還要包含特征信息、精度信息、材料信息、技術(shù)要求和其它有關(guān)信息。除靜態(tài)信息之外，還應(yīng)當(dāng)支持設(shè)計、制造過程中的動態(tài)信息。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,1,特征建模系統(tǒng),特征建模通常由,形狀特征模型、精度特征模型、材料特征模型,組成，而形狀特征模型是特征建模的核心和基礎(chǔ)。,特征建模系統(tǒng)的框架如以下圖,5-14,所示：,圖,5-14,特征建模系統(tǒng)的框架,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,1,特征建模系統(tǒng),形狀特征模型,形狀特征模型主要包括幾何信息、拓撲信息。形狀特征通過參數(shù)描述，都在產(chǎn)品中實現(xiàn)各自的功能，

15、并對應(yīng)各自的加工方法、加工設(shè)備和刀具、量具、輔具。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以實體建模中,B-Reps,法為基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)結(jié)點包括特征類型、序號、尺寸及公差等。通常它包含兩個層次，一個是低層次的點、線、面、環(huán)組成的,B-Reps,法結(jié)構(gòu)，另一個是高層次的由特征信息組成的結(jié)構(gòu)。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,精度和材料特征模型,精度模型用來表達零件的精度信息，包括尺寸公差、形狀公差、位置公差、外表粗糙度。材料特征包括材料的種類、性能、熱處理要求等。,特征建模除了實體建模中已有的幾何、拓撲信息之外，還要包含特征信息、精度信息、材料信息、技術(shù)要求和其它有關(guān)信息。除靜態(tài)信息之外，還應(yīng)當(dāng)支持設(shè)計、制造過程中的動態(tài)信息

16、。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,2,特征建模功能特點,功能,1.,預(yù)定義特征，建立特征庫；,2.,特征庫的智能化應(yīng)用，實現(xiàn)基于特征的零件設(shè)計；,3.,為特征附加注釋，并為用戶例舉參考特征；,4.,支持用戶定義特征以及管理、操作特征庫；,5.,特征消隱、移動；,6.,零件設(shè)計中，跟蹤和提取有關(guān)幾何屬性。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,特點,特征建模技術(shù)使產(chǎn)品的設(shè)計工作不停留在底層的幾何信息基礎(chǔ)上，而是依據(jù)產(chǎn)品的功能要素，產(chǎn)品設(shè)計工作在更高的層次上展開，特征的引用直接表達設(shè)計意圖。,特征建模技術(shù)可以建立在二維或三維平臺上，同時針對某些專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的需要，建立特征庫就可實現(xiàn)特征建模技術(shù)，快速生成需要的形體。,特征建模技術(shù)有利于推動行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品設(shè)計和工藝方法的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，使得產(chǎn)品在設(shè)計時就考慮加工、制造要求，有利于降低產(chǎn)品的本錢。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,特點,特征建模技術(shù)提供了基于產(chǎn)品、制造環(huán)境、開辟者意志等諸方面的綜合信息，是產(chǎn)品的設(shè)計、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗各部門之間具有了共同語言，可更好將產(chǎn)品的設(shè)計意圖貫徹到各后續(xù)環(huán)節(jié)，促進智能,CAD,系統(tǒng)和