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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)，因而被廣泛應用于設計和制造中。,掃描體素法,是對在某一方向具有固定剖面產品形狀造型的一種有用而有效的方法，可對產品進行描述、特性分析、運動分析、干預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,幾何建模技術推動了,CAD/CAM,技術的開展，但幾何模型只是物體幾何數(shù)據(jù)及拓撲關系的描述，,無明顯的工藝信息、結構和工程含義,，因而促進了特征建模技術的開展。,在建模技術中，特征的概念源于對零件幾何要素的歸納，以零部件的設計自動化為目的，
4、將產品的零部件設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著眼于從制造領域著手，將特征與工藝過程設計、數(shù)控加工自動編程相結合，從而提出了面向制造的設計,(DFM),概念。,5.2.4,特征建模,Feature Modelling,隨著特征的概念引伸至產品設計所需要的知識、零件設計所應具有的功能、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品開辟者定義特征的模塊，并試圖以積累設計經驗、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的綜合特征用于產品或零部件的設計。,5.3,實體建模中的形體表示模型及數(shù)據(jù)結
5、構,5.3.1,邊界表示法,5.3.2,構造實體幾何法,5.3.3,三維形體的數(shù)據(jù)結構,5.3,實體建模中的形體表示模型及數(shù)據(jù)結構,與外表建模不同，三維實體建模在計算機內部存貯的信息不是簡單的邊線或頂點的信息，而是準確、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，點通過三個坐標值來定義。,邊界表示法強調實體外表的細節(jié)，詳細記錄了構成物體的所
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)結構,邊界表示法的數(shù)據(jù)結構是網狀的數(shù)據(jù)結構。如右圖所示的物體，將其按照實體、面、邊、頂點描述，在計算機內部按網狀的數(shù)據(jù)結構進行存貯。,圖,5,9,四棱錐的邊界表示,5.3.1,邊界表示法,（,B-Reps,）,優(yōu)點,有較多的關于面、邊、點及其相互關系的信息。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,構造實體幾何法,（,CSG,）,定義,Construct Solid Geometry,構造立體幾何法簡稱,CSG,法，是一種通過布爾運算將簡單的基本體素拼合成復雜實體的描述方法。,用二叉樹表示物體的構成，其中葉節(jié)點表示體素，內節(jié)點表示布爾運算符。,數(shù)據(jù)結構,數(shù)據(jù)結構為樹狀結構。樹葉為基本體素或變換矩陣，結點為運算，最上面的結點對應著被建模的物體。如以下圖所示。,5.3.2,構造實體幾何法,（,CSG,）,圖,5-10,同一物體的第一種,CSG,結構,5.3.2,構造實體幾何法,（,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)結構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,構造立體幾何法,的,基礎上，在同一系統(tǒng)中，將兩者結合起來，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,法為內部模型，,CSG,法適于做用戶接口，而在計算機內部轉化為,B-Reps,的數(shù)據(jù)模型。,5.3.2,構造實體幾何法,（,CSG,）,數(shù)據(jù)結構,相當于在,CSG,樹結構的結點上擴充邊界法的數(shù)據(jù)結構，,如下圖。,圖,5-11,混合模式結構,5.3.2,構造實體幾何法,（,CSG,）,CSG/B-reps,混合表示法,（,Hybird Model,）,混合模式是在,CSG,基礎上的邏輯擴展，起主導作用,的是,CSG,結構，,B-Reps,的存在，減少了中間環(huán)節(jié)中,的數(shù)學計算量，可以完整的表達物體的幾何、拓,撲信息，便于構造產品模型。,5.4,特征建模簡介,5.4.
10、1,特征技術,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)及拓撲關系的描述，無明顯的,功能、結構和工程含義。,缺少面向生產過程的信息特征，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,術應運而生。,5.4.1,特征技術,特征定義,特征是產品上經常出現(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、倒角等及其相關信息,的集合，它能用,于設計、制造、檢測、分析等目的。,特征是構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,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上，利用特征的概念面向整個產品設計和生產制造過程進行設計的建模方法，它不僅包含與生產有關的信息，而且還能描述這些信息之間的關系。,圖,5-13,特征的圖例及約束關系,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,于不同的產品、不同的應用（如設計、分析、,加工、檢測、裝配等）和不同的生產工藝（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,按產品定義數(shù)據(jù)的性
12、質可分為如下幾大類：,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,）,形狀特征表示產品的幾何信息、拓撲信息。形狀特征通過參數(shù)描述，都在產品中實現(xiàn)各自的功能，并對應各自的加工方法、加工設備和刀具、量具、輔具。,數(shù)據(jù)結構是以實體建模中,B-Reps,法為基礎，數(shù)據(jù)結點包括特征類型、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,法結構，另一個是高層次的由特征信息組成的結構。,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、技術要求和其它有關信息。除靜態(tài)信息之外，還應當支持設計、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。,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，都在產品中實現(xiàn)各自的功能，
15、并對應各自的加工方法、加工設備和刀具、量具、輔具。數(shù)據(jù)結構是以實體建模中,B-Reps,法為基礎，數(shù)據(jù)結點包括特征類型、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,法結構，另一個是高層次的由特征信息組成的結構。,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、技術要求和其它有關信息。除靜態(tài)信息之外，還應當支持設計、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.,預定義特征，建立特征庫；,2.,特征庫的智能化應用，實現(xiàn)基于特征的零件設計；,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.,零件設計中，跟蹤和提取有關幾何屬性。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,特點,特征建模技術使產品的設計工作不停留在底層的幾何信息基礎上，而是依據(jù)產品的功能要素，產品設計工作在更高的層次上展開，特征的引用直接表達設計意圖。,特征建模技術可以建立在二維或三維平臺上，同時針對某些專業(yè)應用領域的需要，建立特征庫就可實現(xiàn)特征建模技術，快速生成需要的形體。,特征建模技術有利于推動行業(yè)內的產品設計和工藝方法的標準化、系列化、標準化，使得產品在設計時就考慮加工、制造要求，有利于降低產品的本錢。,5.4.3,特征建模系統(tǒng)及功能特點,特點,特征建模技術提供了基于產品、制造環(huán)境、開辟者意志等諸方面的綜合信息，是產品的設計、分析、工藝準備、加工、檢驗各部門之間具有了共同語言，可更好將產品的設計意圖貫徹到各后續(xù)環(huán)節(jié)，促進智能,CAD,系統(tǒng)和
模具CAD與CAM的建模技術
