第5章机械CADCAM建模技术
- 格式：ppt
- 大小：1.07 MB
- 文档页数：23
下载文档原格式
合集下载
第五章 机械CADCAM建模技术
正则集与正则集合运算
三维几何形体可认为是空间的点集，但并非所有的空间 点集都是有效的几何形体，为解决形体有效性判断问题， 提出了正则集和正则集合运算的理论。
具有良好边界的形体定义称为正则形体，反之称为非正 则形体。正则形体没有悬边、悬面或一条边有两个以上 的邻面。
正则形体与非正则形体的比较
几何元素
并（U*）、交（∩*）、差（－*）
正则集合运算与普通集合运算的关系：
A * B ki(A B)
A * B ki(A B) A * B ki(A B)
A A B
B
通过正则集合运算来保证形体的有效性
欧拉公式
为保证几何建模过程中每一步产生的中间形体的拓扑关 系都正确，即检验物体描述的合法性和一致性，欧拉提 出了描述形体的拓扑关系的检验公式，即欧拉公式.
– 线框模型的数据结构由一个顶点表和一个棱边 表组成，棱边表用来表示棱边和顶点的拓扑关 系，顶点表用于记录各顶点的坐标值
线框模型的数据结构
一、线框模型
• 优点：
– 数据结构简单，信息量少，占用的内 存空间小，对操作的响应速度快
– 通过投影变换可以快速地生成三视图， 生成任意视点和方向的透视图和轴侧 图
对于简单的正则形体，欧拉公式的定义为： V–E+F=2
其中V为点数、E为边数、F为面数
V=8,E=13,F=7
欧拉公式
对于有孔洞的形体，相应的欧拉公式为：
V – E + F =2（B – H）+ L
其中，V、E、F分别为形体的点、边、面的个数， B为 体的个数；H为穿透形体的孔数；L为所有面上的内环 数。
采用E{V},E{E},E{F}三种拓扑关系，建立数据结构， 由于以边为中心，形似蝉翼，故名为翼边数据结构， 具体形式：
第5章机械CADCAM建模技术
实体模型和表面模型对于面的区别：
表面模型所描述的面是孤立的面，没有方向，没有与其 他的面或体的关联；而在实体模型中，面是有界的不自 交的连通表面，具有方向性，其外法线方向是根据右 手法则由该面的外环走向确定。根据实体模型的特征，很 容易判断实体在面的那一侧，并且再面上沿任一条边的正 向运动时，左侧总是体内，右侧总是体外。因此，实体模 型能够方便地确定面的那一侧存在实体，确定给定点的位 置是处在实体的边界上，还是在实体的内部或外部。 因此，利用实体建模可得到全面完整的实体信息，能 够实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工，
4．曲面建模的特点
曲面建模在线框模型的基础上，增加了物体中面的信息， 用面的集合来表示物体，而用环来定义面的边界。表面模型 扩大了线框模型的应用范围，能够满足面面求交、线面消隐、 明暗色彩图、数控加工等需要。但在该模型中，只有一张张 面的信息，物体究竟存在于表面的哪一侧，并没有给出明确 的定义，无法计算和分析物体的整体性质，如物体的表面积、 体积、重心等，也不能将这个物体作为一个整体去考察它与 其它物体相互关联的性质，如是否相交等。
第五章
机械CAD/CAM建模技术
5.1 几何建模概念 5.2 三维几何建模技术
5.3 特征建模技术
5.4 三维造型实例
5.1
几何建摸概述
几何建模：用合适的数据结构对三维形体的几何形状及其属性进行描
述，建立便于信息转换与处理的计算机内部模型的过程。其任务是 将现实世界中真实存在的物体及其属性转化为计算机所能接受和表 达的信息，存储在计算机内，建立起物体的数字模型，为产品设计、 分析、制造、仿真、装配、管理等生产过程提供有关产品的几何信 息和特征信息。
c)直纹面 一直线两端点在 两曲线对应等参数点上移动 形成；如飞机的机翼、圆柱 面、圆锥面等。
机械工程中的CADCAM与数控技术
机械工程中的CADCAM与数控技术随着科技的不断发展，机械工程领域也日新月异。
CADCAM与数控技术是机械工程中的两大重要组成部分，它们的结合为机械设计与制造带来了全新的可能性。
本文将重点探讨CADCAM与数控技术在机械工程中的应用与发展。
首先，我们来了解一下CADCAM与数控技术的定义。
CADCAM是计算机辅助设计（Computer-Aided Design）与计算机辅助制造（Computer-Aided Manufacturing）的简称，它利用计算机技术进行产品设计和制造的过程。
数控技术则是指通过预先编程的方法控制机械设备和工具，实现自动化加工和生产过程。
CADCAM与数控技术的结合可以大大提高机械设计与制造的效率和精度。
首先，CADCAM可以通过三维建模技术实现更加精确的设计，并将设计数据导入数控设备，从而实现自动化加工。
这种无缝衔接使得产品的设计过程和制造过程更加高效、准确。
其次，CADCAM还可以进行工艺模拟和优化，提前发现产品设计中的潜在问题，避免不必要的浪费和错误。
这种设计与制造的集成化不仅提高了产品质量，还节约了时间和成本。
CADCAM与数控技术的应用领域广泛。
在航空航天领域，它们可以用于设计和制造飞机零部件、发动机以及飞行控制系统。
通过CADCAM与数控技术，可以实现复杂的曲线零件的设计和生产，提高飞机的性能和安全性。
在汽车制造领域，它们可以用于汽车设计、工艺规划和生产线布置。
通过CADCAM与数控技术，可以开发出更加节能环保、智能化的汽车产品，并提高汽车制造的生产效率。
在机械加工领域，CADCAM与数控技术可以用于数控机床的编程和控制，实现高精度、高效率的加工过程。
此外，它们还可以应用于产品的逆向工程、可视化仿真和虚拟制造等领域。
同时，CADCAM与数控技术的研究与发展也在不断深化。
随着计算机硬件和软件技术的不断进步，CADCAM与数控技术的应用范围不断扩大。
例如，虚拟现实和增强现实等新兴技术的引入，为CADCAM与数控技术的发展提供了更多可能。
CAM CAD考试题
机械CAD/CAM习题第一章 CAD/CAM技术概述选择题1．下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD范畴的为（ A ）。
CAD范畴几何造型工程分析仿真模拟图形处理A.模拟仿真B.CAPPC.数控加工D.GT2.下述CAD/CAM过程的操作中，属于CAD的范畴的是（ D ）。
A.CAPP B．CIMSC．FMS D．几何造型3．以下不属于CAD/CAM系统的基本功能的是（ D ）。
人机交互图形显示存储输入输出A.图形显示功能B. 输入输出功能C. 交互功能D. 网络功能4. 以下不属于输出设备的是（ A ）A. 操纵杆B. 打印机输入设备：操纵杆光笔数字化仪鼠标键盘C. 绘图机D. 显示器输出设备：绘图仪图形终端打印机硬盘机磁带机5. 以下软件中，（ C ）是操作系统。
A. Word2000B. Autocad 几何建模工具SOLIDworks/dge pro/e ug-iiC. Windows95D. Pro-E 操纵系统 Windows98 Windows2000 WindowsNT PCDOS6. 计算机辅助制造进行的内容有（ C ）（工程绘图几何建模计算分析优化设计有限元分析计算机辅助工艺设计数控编程动态仿真计算机辅助测试技术工程数据管理）A. 进行过程控制及数控加工B. CADC. 工程分析D. 机床调整7.应用软件是在操作系统、( C )基础上针对某一专门的应用领域而研制的软件.A. CAD 软件B. CAM软件C. 支撑软件D. 编译系统8．（ D ）是CAD/CAM系统的核心。
A. 系统软件B. 支撑软件C. 应用软件D. 数据库9.机械CAD/CAM系统中，CAE是指（ C ）。
A.计算机辅助设计B.计算机辅助制造C.计算机辅助工程分析D.计算机辅助工艺过程设计10.把CAD和CAM的信息连接起来，实现CAD/CAM一体化的关键性中间环节是（ C ）A. CADB. CAMC. CAPPD. CAE填空题：1.CAD/CAM系统是由: 人、硬件和软件组成。
机械设计中的CAD与CAM技术应用
机械设计中的CAD与CAM技术应用随着科技的不断发展，计算机辅助设计（Computer-Aided Design，简称CAD）和计算机辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，简称CAM）技术在机械设计领域的应用变得越来越广泛。
这两种技术的结合极大地促进了机械设计与制造的效率和质量。
本文将探讨CAD与CAM技术在机械设计中的应用。
一、CAD技术的应用CAD技术是指利用计算机来辅助进行产品的设计、绘图和模拟分析的过程。
它以图形化的方式呈现设计思想，并能够进行多维度的设计和修改。
在机械设计中，CAD技术的应用有以下几个方面：1. 三维建模：CAD技术可以实现对机械产品的三维建模，即将产品的形状、尺寸等信息以三维图形的形式进行表示。
通过三维建模，设计师可以直观地了解产品的外观和结构，从而更好地进行设计和修改。
2. 参数化设计：CAD软件还支持参数化设计，即通过调整参数的数值来实现设计的改变。
设计师可以通过改变参数的数值来调整产品的尺寸和形状，从而快速生成不同版本的设计方案。
3. 配件库管理：CAD软件通常提供了一些常用零部件的库，设计师可以通过直接选择这些零部件，快速组装出完整的机械产品模型。
这样可以大大提高设计的效率，并减少错误。
4. 模拟分析：CAD软件还可以进行一些基本的模拟分析，如强度分析、运动仿真等。
设计师可以在软件中对产品的不同部分进行模拟，以评估其性能和可靠性。
二、CAM技术的应用CAM技术是将CAD软件中的三维模型转化为可供机床操作的代码，并实现自动化的加工过程。
CAM技术的应用使得机械产品的制造过程更加高效和精确。
1. 程序生成：CAM软件可以根据CAD软件生成的三维模型，在考虑加工工艺和机床能力的前提下，自动生成加工程序。
这大大减少了人工编程的时间，提高了加工的效率。
2. 工艺优化：CAM软件还可以对加工工艺进行优化。
例如，在铣削加工中，CAM软件可以将加工路径进行优化，以减少加工时间和刀具磨损。
机械制造中的CADCAM技术
机械制造中的CADCAM技术CADCAM技术，即计算机辅助设计与计算机辅助制造技术，是一种将计算机科学与机械制造工艺相结合的技术。
它在机械制造领域起到了重要的作用，极大地提高了机械制造的效率与精度。
本文将从CADCAM技术的基本原理、应用案例以及发展前景等方面进行论述。
一、CADCAM技术的基本原理CADCAM技术的基本原理是通过计算机软件和硬件的协同作用，将产品设计和制造加工过程进行数字化的集成。
具体而言，CADCAM 技术包括了计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）两个方面。
CAD是指利用计算机软件辅助进行产品设计的过程。
通过CAD技术，设计人员可以通过三维建模、可视化和虚拟仿真等功能，快速、准确地完成产品设计。
CAD技术不仅可以提高设计效率，还可以进行产品优化，节省材料和成本。
CAM是指利用计算机控制机床进行加工制造的过程。
通过CAM技术，设计好的产品模型可以直接转换为机床的加工程序，并通过数控设备实现自动加工。
CAM技术的应用可以减少人为因素的干扰，提高加工精度，降低制造成本。
二、CADCAM技术在机械制造中的应用案例1. 零部件设计与制造：CADCAM技术可以帮助设计人员快速完成产品零部件的设计。
例如，在汽车制造中，工程师可以使用CAD软件设计发动机、轮胎等零部件，然后通过CAM技术将设计好的模型转化为数控机床的加工代码，实现自动化生产。
2. 刀具路径优化：在数控机床的加工过程中，CADCAM技术可以通过优化刀具路径，实现更高效、更精准的加工。
它可以考虑到机床的运动特性、材料的物理特性等因素，从而最大限度地提高加工效率和质量。
3. 工艺规划与模拟：CADCAM技术可以对整个制造过程进行数字化模拟和可视化展示。
通过模拟，制造商可以在实际加工前预先规划工艺流程，并进行工艺参数的调整和优化，以降低生产中的风险和成本。
三、CADCAM技术的发展前景随着信息技术的飞速发展，CADCAM技术也在不断演进和创新。
机械CADCAM技术第1、2、5、7、9章课后习题
第一章机械CAD/CAM技术概要1.单项CAD、CAPP、CAM技术各具有哪些功能？为什么要进行CAD/CAM技术的集成？集成的CAD/CAM系统会带来哪些优越性？P12.分析应用CAD/CAM系统进行产品开发设计的作业过程及其特征。
P43.简述CAD/CAM系统硬件的组成，并分析各自在系统中所起的作用。
P64.叙述CAD/CAM系统软件组成结构中的系统软件、支撑软件以及应用软件各自的功能作用以及相互间的联系与区别。
P125.概述CAD/CAM技术的发展过程及其应用领域。
P166.试分析CAD/CAM技术的发展趋势。
P18第二章CAD/CAM的支撑技术1.阐述数据结构的概念。
何为数据的逻辑结构？何为存储结构？P203.阐述栈与队列数据结构的概念及其特点。
P257.什么是工程数据库？与一般商用数据库比较，工程数据库有哪些优点？P3211.描述可视化技术的含义及其基本流程。
P40、P4313.什么是正向推理？什么是反向推理？各自有何特点？P5014.通常专家系统由哪些结构组成？各部分的功能作用如何？简要描述专家系统的工作原理。
P51第五章机械CAD/CAM建模技术1.什么是三维形体的几何信息？什么是拓扑信息？试举例进行说明。
P1122.什么是正则集和正则集合运算？为什么三维造型需要采用正则集合运算？P1143.在三维建模过程中，欧拉公式的作用是什么？P1144.在CAD/CAM系统中，有哪几种常见的建模方式？它们各有什么特点？P1155.在实体建模中，有哪几种常用的系统内表示方法？并简述各自的特点。
P1187.什么叫特征？和实体模型相比，特征建模有何优点？P125、P1268.比较几种目前的特征建模方法，分析各自的优缺点。
P1289.描述基于特征面邻接图的特征识别方法。
P13210.何谓产品自底向上的设计与自顶向下的设计，分析这两种设计方法的特点及应用。
P135第七章计算机辅助工艺过程设计1.何谓CAPP？CAPP的主要功能是什么？为什么说CAPP是CAD/CAM集成系统的桥梁和纽带？P1652.CAPP系统主要由哪几部分组成？分析各组成部分的功能。
机械工程中的CAD_CAM技术
CAM技术的特点：高效率、高 精度、低成本
CAM技术的应用领域：机械制 造、航空航天、汽车制造、电 子设备制造等
CAM技术的发展趋势：智能化、 集成化、网络化
CAM技术的应用实例
数控机床：通过CAM技术实现自动化加工 模具制造：利用CAM技术进行模具设计和制造 汽车制造：CAM技术在汽车零部件生产和装配中的应用 航空航天：CAM技术在航空航天零部件设计和制造中的应用
单击添加项标题
近年来：CAD/CAM技术的不断创新，出现了一些智 能化、自动化的CAD/CAM系统
单击添加项标题
1960年代：CAD/CAM技术的初步发展，出现了一些 商业化的CAD/CAM系统
单击添ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ项标题
1980年代：CAD/CAM技术的广泛应用，逐渐普及到 各个行业，如建筑、机械、电子等
单击添加项标题
期。
CAD/CAM技术在机械工程中的具体应用
设计阶段：利用CAD 技术进行产品设计和
优化
制造阶段：利用CAM 技术进行加工过程规
划和控制
检测阶段：利用 CAD/CAM技术进 行产品质量检验和评
估
维护阶段：利用 CAD/CAM技术 进行设备维护和维
修
CAD/CAM技术在机械工程中的优缺点分析
优点：提高设计效率，减少错误率，降低成本 缺点：需要专业的技术人员，学习曲线陡峭，可能产生设计误差 应用领域：汽车、飞机、船舶、建筑等行业 发展趋势：智能化、集成化、网络化
CAD/CAM技术的发展历程
单击添加项标题
1950年代：CAD/CAM技术的萌芽阶段，主要应用于 航空航天和汽车行业
单击添加项标题
1970年代：CAD/CAM技术的快速发展，各种 CAD/CAM软件和硬件逐渐成熟
机械CADCAM6 课件
4、特征技术应用的关键
设计的控制是产品设计中的关键问题， 三维设计不仅在效率和造型方法方面改变了传统 手工设计的基本方法，更为主要的是三维产品设 计由于应用特征技术、数据一致性和设计信息的 全局化应用等特点，导致其控制的重要性远远大 于造型本身。打个形象的比方，在传统的手工设 计阶段，我们采用的是效率低下的图板，虽然速 度缓慢但是安全，设计图纸中的错误可以采用同 等的工作量去进行修正。
2、特征关系的类别和影响
在特征之间有如下几种关系：几何与尺寸 关系、拓扑关系和时序关系。 特征之间的几何和尺寸关系主要在特征草 图中设定，几何关系包括特征草图实体之 间的相切、等距等几何关联方式。尺寸关 系设定特征草图实体之间的距离和角度关 联。
拓扑关系指的是几何实体在空间中的相互位置关 系。例如孔对于实体模型的贯穿关系，面之间的 相切或者等距关系等。对于特征而言，拓扑关系 主要体现在特征定义的终止条件中，如完全贯穿、 到离指定面指定的距离等终止条件方式决定了特 征之间的拓扑关系。这种拓扑关系不会因为特征 草图尺寸的变化而发生改变 。
1、基于特征的CAD系统的建模层次 如下图所示，基于特征的产品造型分为四个 层次: 草图、特征、零件和产品。其中特征是 三维造型的基本单元。
草图 构建参数 特征 特征关系 零件 父子关系 时序关系
装配关系
产品
图 基于特征的产品造型
草图提供生成特征的基本信息，如拉伸特征的截面等， 草图中存在着几何约束与尺寸约束。从草图生成特征 需要追加特征构建参数，如拉伸特征中的深度等。 在特征层次中，特征之间的关系十分复杂，既包括类 似于草图中的尺寸约束和几何约束，还有特征之间的 父子关系和时序关系。 一系列的特征经过组合、剪裁、阵列、镜向等操作形 成零件模型，零件模型中需要体现设计意图，反映产 品的基本特性。 零件按照装配要求生成产品的整体模型，CAD软件不 仅支持静态装配，还可以演示产品中零件的相互运动 关系。在产品总体层次体现设计意图，如产品中零件 的相互空间位置等。
机械CADCAM原理及应用课件第5-6章
选择YZ平面
G54~G59
设置第1~6零件坐标系
G27
返回参考点检查
G65
宏程序调用
G28
返回参考点
G80
取消固定循环
G30
返回第二参考点
G98
返回起始点
G31
跳步功能
G99
返回R点
表5.1.1 数控铣床部分主要G代码指令
2）进给功能字（F代码） 在数控系统中，进给功能字用地址符F表示，由F和数字组成，用于指定刀具 进给速度，如F150，表示刀具进给速率为150mm/min。 3）主轴功能字（S代码） 在数控系统中，主轴功能字用地址符S表示，由S和数字组成，用于指定主轴 转速，如S800，表示主轴转速为800R/min。 4）刀具功能字（T代码） 在数控系统中，刀具功能字用地址符T表示，由T和数字组成，用于指定零件 加工时的刀具编号，如T02，表示选用刀具编号为02的刀具进行加工。
图5.1.3 CAM系统的主要结构
5.1.3 CAM的发展概况
自20世纪50年代出现CAM技术以来，根据CAM编程原理的不同，可将其分为
数控语言编程、图形语言编程和CAD/CAM集成数控编程三个阶段。 1）数控语言编程
1950年代，美国MIT学院设计开发出了零件数控编程语言——APT，它是一种对
零件、刀具的形状以及刀具相对于零件运动等进行定义时所使用的一种类似于英文
单词的程序语言。
分 析 零件图纸 零 工艺人员 件 图 样
APT 语 言 描 述 加 工 内 容
APT
APT
程
程
序
序
编
输
译
入
为
计
刀
算
位
机
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.实体建模 实体建模
实体建模概念：描述了实体全部几何信息， 实体建模概念：描述了实体全部几何信息，且定义了实 体所有点、 体拓扑信息。 体所有点、线、面、体拓扑信息。 特点：实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工， 特点：实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工，物性 计算等操作。 计算等操作。 实体模型表示方法： 实体模型表示方法： 构 造 体 素 几 何 表 示 法 （ CSG ， Constructive Solid
正则集与正则集合运算 正则集：一集合S的内部闭包与原来的集合相等。 正则集： S=kiS （k闭包，i内部，S集合） 正则化集合算子： 正则化集合算子 集合运算后仍产生正则集。 U*（并）、∩*(交)、－*(差)。
悬边 闭包
A∩B运算得到的非正则点集
欧拉公式：欧拉公式用来检验形体的合法性和一致性。 欧拉公式：欧拉公式用来检验形体的合法性和一致性。 正则形体欧拉公式： 正则形体欧拉公式： V – E + F = 2
机械CAD/CAM CAD/CAM建模技术 第五章 机械CAD/CAM建模技术
5.1 几何建模概念 5.2 三维几何建模技术 5.3 特征建模技术 5.4 三维造型实例
5.1 几何建摸概述
几何建模： 几何建模：用合适的数据结构对三维形体的几何形状及其
属性进行描述，建立便于信息转换与处理的计算机内部模 型的过程。
2.表面（曲面） 2.表面（曲面）建模 表面
原理：通过对物体各个面的描述进行三维建模的方法。 原理：通过对物体各个面的描述进行三维建模的方法。 数据结构：顶点表、棱边表、面表三表结构。 数据结构：顶点表、棱边表、面表三表结构。 特点：可消隐、剖面图生成、渲染、求交、刀轨生成等作业。 特点：可消隐、剖面图生成、渲染、求交、刀轨生成等作业。 不足：缺少体信息，不便进行物性计算和分析。 不足：缺少体信息，不便进行物性计算和分析。
几何信息：是指形体的形状、位置和大小的信息。 几何信息：是指形体的形状、位置和大小的信息。
如：直线描述方程，矩形体的长宽高等。 直线描述方程，矩形体的长宽高等。 拓扑信息：反映形体各组成元素数量及其相互间关系。 拓扑信息：反映形体各组成元素数量及其相互间关系。 相交、相邻、相切、垂直、平行等。 如：相交、相邻、相切、垂直、平行等。 注意：两形体几何信息相同，若拓扑信息不同， 注意：两形体几何信息相同，若拓扑信息不同，则两形体可能 完全不同。 完全不同。 形体基本元素： 形体基本元素：点、边、面
几何建模作用意义：是CAD/CAM核心技术，为工程分析、
工艺设计、物性计算、运动仿真、数控编程等后续作业提 供了方便，是实现CAD/CAM技术的集成基础。
CADCAM建模技术的发展： 建模技术的发展： 建模技术的发展
线框模型→表面模型→曲面模型→实体造型→特征建模
CAD/CAM几何建模基本知识 CAD/CAM几何建模基本知识
转换 Sweeping B-rep
4、单元表示法：用一系列空间单元来表示实体的一种方法。 、单元表示法：用一系列空间单元来表示实体的一种方法。
数据结构：八叉树结构。 数据结构：八叉树结构。 特点：算法简单，易于集合运算和干涉检查，便于消隐和显示。 特点：算法简单，易于集合运算和干涉检查，便于消隐和显示。 缺陷：单元大小决定分解精度，需要大量存储空间， 缺陷：单元大小决定分解精度，需要大量存储空间，不能表达实体各 元素间拓扑关系，没有点、 面等形体单元的概念。 元素间拓扑关系，没有点、边、面等形体单元的概念
识别出相应的形状特征。 识别出相应的形状特征。
2）基于特征的设计 借助于特征造型系统来建立产品特征模型。 ） 借助于特征造型系统来建立产品特征模型。 3）特征映射 特征具有多视域性，视域不同造型特征也可能不同。 特征具有多视域性，视域不同造型特征也可能不同。 ）
V – E + F – L=2（B – G） L=2
如下图c ，则：16-24+11-1=2 (1-0) 如下图c 16-24+框建模 表面（曲面） 2、表面（曲面）建模 3、实体模型
1）构造体素几何表示法 边界表示法： 2）边界表示法： 3）扫描表示法 4）单元表示法
B-rep翼边存储结构 翼边存储结构
3、扫描表示法 (Sweeping) 、
形体沿某一方向平移或绕某轴线旋转进行实体定义的方法
平面轮廓扫描法构造实体
复杂实体扫描构造
扫描构造实例
B-rep、 CSG、 Sweeping 三种表示方法的应 、 、 用：
CSG、Sweeping常用于输入； B-rep 常作为三维实体计算机内部信息的描述； 三者之间关系如下： CSG
如：长方体V=8、E=12、F=6，则8－12+6=2。 长方体 、 、 ， － 。
封闭多面体分割成B个独立多面体： 封闭多面体分割成B个独立多面体： V – E + F – B= 1
如B=6、V=9、E=20、F=18，则9 – 20 + 18 – 6=1。 B=6 V=9 E=20、F=18， 20 18 有孔洞形体： 为穿透孔数， 有孔洞形体： G为穿透孔数，L为所有面上内环数
特征建模对设计对象具有更高的定义层次，易于理解和使用， 特征建模对设计对象具有更高的定义层次，易于理解和使用，能为设 计和制造过程各环节提供充分的工程和工艺信息。 计和制造过程各环节提供充分的工程和工艺信息。 特征建模是实现CAD/CAM集成化和智能化的关键技术。 集成化和智能化的关键技术。 特征建模是实现 集成化和智能化的关键技术
特征的分类
1）形状特征 具有一定工程语义的几何形体。 ） 具有一定工程语义的几何形体。
STEP标准分类： 标准分类： 标准分类 体特征：构造主体形状的特征，如凸台、孔、圆柱体、矩形体等； 体特征：构造主体形状的特征，如凸台、 圆柱体、矩形体等； 过渡特征：如倒角、圆角、键槽、中心孔、退刀槽、螺纹等； 过渡特征：如倒角、圆角、键槽、中心孔、退刀槽、螺纹等； 分布特征：如圆周均布孔、齿轮的齿形轮廓等。 分布特征：如圆周均布孔、齿轮的齿形轮廓等。 从形状角度分： 从形状角度分： 通道：与已存在的形状特征两端相交的被减体； 通道：与已存在的形状特征两端相交的被减体； 通道 凹陷 ： 与已存在的形状特征一 凹陷： 端相交的被减体； 端相交的被减体； 凸起 ： 与已存在的形状特征一 凸起： 端相交的附加体。 端相交的附加体。
通过面、环、边、顶点的几何和拓扑 参数来表示实体。
矩形体B-Rep表示法 表示法 矩形体
数据结构：是以边为中心的翼边结构，通过任意一条边， 数据结构：是以边为中心的翼边结构，通过任意一条边，可以
遍历整个实体所有几何元素。 遍历整个实体所有几何元素。
优点：记录有实体所有几何信息和拓扑信息。 优点：记录有实体所有几何信息和拓扑信息。 不足：缺乏实体生成过程信息，数据存储量大，难以直接构造。 不足：缺乏实体生成过程信息，数据存储量大，难以直接构造。
2）精度特征 包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。 ） 包括尺寸公差、形位公差和表面粗糙度等。 3）材料特征 如材料型号、性能、硬度、表面处理、检验方式等。 ） 如材料型号、性能、硬度、表面处理、检验方式等。 4）技术特征 描述零件的有关性能和技术要求； ） 描述零件的有关性能和技术要求； 5）装配特征 描述装配过程中配合关系、装配顺序、装配方法等。 ） 描述装配过程中配合关系、装配顺序、装配方法等。 6）管理特征 描述管理信息，如零件名、批量、设计者、日期等。 ） 描述管理信息，如零件名、批量、设计者、日期等。
三维实体单元表示的八叉树结构
5.3
特征建模技术
特征建模的概念
实体模型不足： 仅含实体几何信息，缺少功能、工艺、 实体模型不足 ： 仅含实体几何信息 ， 缺少功能 、 工艺 、 管理等信息 。 特征：从工程对象概括和抽象出来的具有工程语义的功能要素 特征：从工程对象概括和抽象出来的具有工程语义的功能要素。 特征建模：通过特征及其集合来定义、描述零件模型的过程。 特征建模：通过特征及其集合来定义、描述零件模型的过程。
表 面 模 型 的 数 据 结 构
曲面建模 a)平面 三个点定义； 平面: 三个点定义； 平面 b)线性拉伸面 一条平面曲线沿 线性拉伸面: 线性拉伸面 直线方向移动扫成； 直线方向移动扫成； c)直纹面 一直线两端点在两曲线 直纹面 对应等参数点上移动形成； 对应等参数点上移动形成； d)回转面 平面线框图绕某一轴 回转面 线旋转产生； 线旋转产生； e)扫成面 ①一剖面线沿一条导线 扫成面 移动构成； 移动构成； ②一剖面线沿导线光 滑过渡到另一剖面线； 滑过渡到另一剖面线； ③ 一剖 面线沿两条给定等参数边界移动 形成。 形成。 f)圆角面 圆角过渡面； 圆角面 圆角过渡面； g)等距面 沿原始曲面法线方向 等距面 移动一个固定的距离。 移动一个固定的距离。
形状特征间的关系 相邻关系 特征在空间位置相互间的关系； 从属关系 主/辅特征间主从关系，如附着于回转体轴段 辅特征间主从关系， 辅特征间主从关系
主特征的键槽、退刀槽、倒角等。 主特征的键槽、退刀槽、倒角等。
分布关系 某特征在空间位置上按某种形式排列。 某特征在空间位置上按某种形式排列。
常见的特征建模方式 1）特征识别 在已有几何模型基础上，按照给定的模板进行匹配， 在已有几何模型基础上，按照给定的模板进行匹配， ）
1、线框模型（Wireframe Model） 、
原理： 原理：通过顶点和棱边来描述形体的几何形状。 数据结构：顶点表、棱边表二表结构。 数据结构：顶点表、棱边表二表结构。 特点：数据结构简单、信息量少、占用内存空间小、操作速度快， 特点：数据结构简单、信息量少、占用内存空间小、操作速度快，
可生成三视图、透视图和轴侧图。 可生成三视图、透视图和轴侧图。 不足：缺少面、体信息，易产生多义性，不能消隐、不能剖视、 不足：缺少面、体信息，易产生多义性，不能消隐、不能剖视、 不能进行物性计算和求交计算等. 不能进行物性计算和求交计算等 线 框 建 模 的 数 据 结 构