機械CADCAM建模技術(shù)

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1、Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,第五章 機械CAD/CAM建模技術(shù),5.1,幾何建模概念,5.2,三維幾何建模技術(shù),5.3,特征建模技術(shù),5.4,三維造型實例,5.1 幾何建摸概述,幾何建模：,用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對三維形體的幾何形狀及其屬性進行描述，建立便于信息轉(zhuǎn)換與處理的計算機內(nèi)部模型的過程。,幾何建模

2、作用意義,：,是,CAD/CAM,核心技術(shù)，為工程分析、工藝設(shè)計、物性計算、運動仿真、數(shù)控編程等后續(xù)作業(yè)提供了方便，是實現(xiàn),CAD/CAM,技術(shù)的集成基礎(chǔ)。,CADCAM建模技術(shù)的發(fā)展：,線框模型,表面模型,曲面模型,實體造型,特征建模,CAD/CAM幾何建?；局R,幾何信息：,是指形體的形狀、位置和大小的信息。,如：直線描述方程，矩形體的長寬高等。,拓撲信息,：,反映形體各組成元素數(shù)量及其相互間關(guān)系。,如：相交、相鄰、相切、垂直、平行等。,注意：,兩形體幾何信息相同，若拓撲信息不同，則兩形體可能完全不同。,形體基本元素：,點、邊、面,基本元素的拓撲關(guān)系：,面面、面邊、面點,邊邊、邊點、邊面

3、,點點、點邊、點面,形體六層拓樸結(jié)構(gòu),體(Object),殼(Shell),面(Face),環(huán)(Loop),邊(Edge),點(Vertex),體,由封閉表面圍成的有效空間；,殼,構(gòu)成一個完整實體的封閉邊界，是一組面的集合；,面,由一個外環(huán)和若干內(nèi)環(huán)界定的有界、不連通的表面；,環(huán),是面的封閉邊界，由有序、有向邊的集合；,邊,是實體兩個鄰面的交界；,頂點,為,邊的端點，兩條或兩條以上邊的交點,。,正則集與正則集合運算,正則集：,一集合S的內(nèi)部閉包與原來的集合相等。,S=kiS,（k閉包，i內(nèi)部，S集合）,正則化集合算子,：,集合運算后仍產(chǎn)生正則集。,U*（并）、*(交)、*(差)。,AB,運算得

4、到的非正則點集,閉包,懸邊,歐拉公式：,歐拉公式用來檢驗形體的合法性和一致性。,正則形體歐拉公式：,V E+F=2,如：長方體V=8、E=12、F=6，則812+6=2。,封閉多面體分割成,B,個獨立多面體：,V E+F B=1,如,B=6,、,V=9,、,E=20,、,F=18,，則,9 20+18 6=1,。,有孔洞形體：,G,為穿透孔數(shù)，,L,為所有面上內(nèi)環(huán)數(shù),V E+F L=2,（,B G,）,如下圖,c,，則：,16-24+11-1=2(1-0),5.2 三維幾何建模技術(shù),1、線框建模,2、表面（曲面）建模,3、實體模型,1）構(gòu)造體素幾何表示法,2）邊界表示法：,3,）掃描表示法,4

5、）單元表示法,1、線框模型,（,Wireframe Model）,原理：,通過頂點和棱邊來描述形體的幾何形狀,。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,頂點表、棱邊表二表結(jié)構(gòu)。,特點：,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、信息量少、占用內(nèi)存空間小、操作速度快，,可生成三視圖、透視圖和軸側(cè)圖。,不足：,缺少面、體信息，易產(chǎn)生多義性，不能消隱、不能剖視、,不能進行物性計算和求交計算等.,線框建模的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),2.表面（曲面）建模,原理：,通過對物體各個面的描述進行三維建模的方法。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,頂點表、棱邊表、面表三表結(jié)構(gòu)。,特點：,可消隱、剖面圖生成、渲染、求交、刀軌生成等作業(yè)。,不足：,缺少體信息，不便進行物性計算和分析。,表面模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),

6、曲面建模,a)平面:,三個點定義；,b)線性拉伸面:,一條平面曲線沿直線方向移動掃成；,c)直紋面,一直線兩端點在兩曲線對應(yīng)等參數(shù)點上移動形成；,d)回轉(zhuǎn)面,平面線框圖繞某一軸線旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生；,e)掃成面,一剖面線沿一條導線移動構(gòu)成；,一剖面線沿導線光滑過渡到另一剖面線；,一剖面線沿兩條給定等參數(shù)邊界移動形成。,f),圓角面,圓角過渡面；,g)等距面,沿原始曲面法線方向移動一個固定的距離。,3.實體建模,實體建模概念：,描述了實體全部幾何信息，且定義了實體所有點、線、面、體拓撲信息。,特點：,實現(xiàn)消隱、剖切、有限元分析、數(shù)控加工，物性計算等操作。,實體模型表示方法：,構(gòu)造體素幾何表示法,（CSG，

7、Constructive Solid Geometry）,掃描表示法,（Sweeping Representation）,邊界表示法（,B-Rep，Boundary Representation,）,單元表示法,1、,構(gòu)造體素幾何表示法（,CSG）,通過基本體素交、并、差正則集合運算構(gòu)造各種復雜實體。,基本體素：,矩形塊、圓柱、圓錐、球、鍥、環(huán)等。,實體,CSG,表示的二叉樹結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,二叉樹結(jié)構(gòu)，記錄了實體所有基本體素的組成、正則集合運算和相關(guān)的幾何變換。,特點：,無二義性，最終實體與基本體素先后拼合順序無關(guān)，造型簡單，易于實現(xiàn)，可方便轉(zhuǎn)換成其它表示方法。,缺點：,沒有詳細幾何信息，必

8、須轉(zhuǎn)化為其它形式才能對點、邊、面等信息進行查詢和編輯。,2、邊界表示法（B-rep）,通過面、環(huán)、邊、頂點的幾何和拓撲 參數(shù)來表示實體。,矩形體,B-Rep表示法,B-rep,翼邊存儲結(jié)構(gòu),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,是以邊為中心的翼邊結(jié)構(gòu)，,通過任意一條邊，可以,遍歷整個實體所有幾何元素。,優(yōu)點：,記錄有實體所有幾何信息和拓撲信息。,不足：,缺乏實體生成過程信息，數(shù)據(jù)存儲量大，難以直接構(gòu)造。,3、掃描表示法,(Sweeping),形體沿某一方向平移或繞某軸線旋轉(zhuǎn)進行實體定義的方法,平面輪廓掃描法構(gòu)造實體,復雜實體掃描構(gòu)造,掃描構(gòu)造實例,B-rep,轉(zhuǎn)換,Sweeping,CSG,B-rep、CSG、Swee

9、ping,三種表示方法的應(yīng)用,：,CSG、Sweeping常用于輸入；,B-rep 常作為三維實體計算機內(nèi)部信息的描述；,三者之間關(guān)系如下：,4、單元表示法,：,用一系列空間單元來表示實體的一種方法。,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：,八叉樹結(jié)構(gòu)。,特點：,算法簡單，易于集合運算和干涉檢查，便于消隱和顯示。,缺陷：,單元大小決定分解精度，需要大量存儲空間，不能表達實體各元素間拓撲關(guān)系，沒有點、邊、面等形體單元的概念,。,三維實體單元表示的八叉樹結(jié)構(gòu),5.3 特征建模技術(shù),特征建模的概念,實體模型不足,：,僅含實體幾何信息，缺少功能、工藝、管理等信息,。,特征：,從工程對象概括和抽象出來的具有,工程語義的功能要素,。

10、,特征建模：,通過特征及其集合來定義、描述零件模型的過程。,特征建模對設(shè)計對象具有更高的定義層次，易于理解和使用，能為設(shè)計和制造過程各環(huán)節(jié)提供充分的工程和工藝信息。,特征建模是實現(xiàn)CAD/CAM集成化和智能化的關(guān)鍵技術(shù)。,特征的分類,1）形狀特征,具有一定工程語義的幾何形體。,STEP標準分類,：,體特征,：,構(gòu)造主體形狀的特征,，如凸臺、孔、圓柱體、矩形體等；,過渡特征,：如倒角、圓角、鍵槽、中心孔、退刀槽、螺紋等；,分布特征,：如圓周均布孔、齒輪的齒形輪廓等。,凹陷,：與已存在的形狀特征一端相交的被減體；,凸起,：與已存在的形狀特征一端相交的附加體。,從形狀角度分,：,通道,：與已存在的形

11、狀特征兩端相交的被減體；,2）精度特征,包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。,3）材料特征,如材料型號、性能、硬度、表面處理、檢驗方式等。,4）技術(shù)特征,描述零件的有關(guān)性能和技術(shù)要求；,5）裝配特征,描述裝配過程中配合關(guān)系、裝配順序、裝配方法等。,6）管理特征,描述管理信息，如零件名、批量、設(shè)計者、日期等。,形狀特征間的關(guān)系,相鄰關(guān)系,特征在空間位置相互間的關(guān)系,；,從屬關(guān)系,主/輔特征間主從關(guān)系，如附著于回轉(zhuǎn)體軸段,主特征的鍵槽、退刀槽、倒角等。,分布關(guān)系,某特征在空間位置上按某種形式排列。,常見的特征建模方式,1）特征識別,在已有幾何模型基礎(chǔ)上，按照給定的模板進行匹配，,識別出相應(yīng)的形狀

12、特征。,2）基于特征的設(shè)計,借助于特征造型系統(tǒng)來建立產(chǎn)品特征模型。,3）特征映射,特征具有多視域性，視域不同造型特征也可能不同。,如下圖：從力學考慮可認為是筋，從機械加工考慮則認為是槽，,因而須將設(shè)計特征,映射,為后續(xù)所需要特征。,特征的多視域性,a)力學角度 b)機械加工角度,演講完畢，謝謝觀看！,內(nèi)容總結(jié),第五章 機械CAD/CAM建模技術(shù)。線框模型表面模型曲面模型實體造型特征建模。歐拉公式：歐拉公式用來檢驗形體的合法性和一致性。有孔洞形體：G為穿透孔數(shù)，L為所有面上內(nèi)環(huán)數(shù)。不能進行物性計算和求交計算等.。原理：通過對物體各個面的描述進行三維建模的方法。c)直紋面 一直線兩端點在兩曲線對應(yīng)等參數(shù)點上移動形成。一剖面線沿導線光滑過渡到另一剖面線。g)等距面 沿原始曲面法線方向移動一個固定的距離。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：二叉樹結(jié)構(gòu)，記錄了實體所有基本體素的組成、正則集合運算和相關(guān)的幾何變換。優(yōu)點：記錄有實體所有幾何信息和拓撲信息。4、單元表示法：用一系列空間單元來表示實體的一種方法。特征：從工程對象概括和抽象出來的具有工程語義的功能要素。特征建模：通過特征及其集合來定義、描述零件模型的過程。通道：與已存在的形狀特征兩端相交的被減體。2）精度特征 包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。因而須將設(shè)計特征映射為后續(xù)所需要特征,