机械CADCAM建模技术.docx

1、机械CADCAM建模技术第五章机械CAD/CAM延模技术几何建模概念三 5-2维几何建模技术 5-3特征建模技术 5.4三维造型实例51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。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：线框模型一表面模型一曲面模型一实体造型一特征建模CAD/CAM几何建模基本知识几何信息：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

2、高等。拓扑信息、：反映形体各组成 元素数量及其相互间关系。若拓扑信息不同，则两形体可能女口：相交、相邻、相切、垂直、平行等。注意：两形体几何信息相同, 完全不同。形体基本元素：点、边、面基本元素的拓扑关系：面一面、边一边、占一k占、八、 八、MHVMBBVJWBVIWr WBP UMF形体六层拓朴结构体由封闭表面围成的有效空间；壳构成一个完整实体的封闭边界，是一组面的集合；面由一个外环和若干内环界定的有界、不连通的表面;环是面的封闭边界，由有序、有向边的集合；边是实体两个邻面的交界；顶点为边的端点，两条或两条以上边的交点。体(Object4 壳(Shell)面(Face)环(oop)边(Edg

3、e) I 1八(Vertex)正则集与正则集合运算正贝II集：一集合S的内部闭包与原来的集合相等。S=kiS （k闭包，i内部，S集合）正贝！ I 化集合算子：集合运算后仍产生正则集。U* （并）、IT （交）、一* （差）。闭包欧拉公式：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：V E + F 二 2女口：长方体 V二8、E二 12 F二6,贝! |8-12+6=2o封闭多面体分割成B个独立多面体：V- E + F- B二 1如 E二6、V 二 9、E 二 20、F 二 则 9 20 + 18 6 二 lo有孔刁同形体：G为穿透孔数，L为所有面上内环数V- E + F- L

4、二2 (B - G)如下图 c,贝I：16-24+11 -1=2 (1-0)5. 2三维几何建模技术1、 线框建模2、 表面（曲面）建模3、 实体模型1） 构造体素几何表示法2） 边界表示法：3） 扫描表示法4） 单元表示法1、线框模型 (Wireframe Model)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。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。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.顶点坐标值Xyy 1zlx22z203x3y3z3v4x4y4z4v5x5

5、y5z56x6尹6z6v7x7yiz7x8，8z8顶点表棱线顶点e|v2e2v2 1v3e3v3v4e4Xe5v5v6e6v6vlelvl说e8v5e9clv510l3vl012棱边表线框建模的数据结构2 表面（曲面）建模原理：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。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。面号棱边序列表面方程可见性11234wi 1 pt! 1Y25A7.8N3IT0A9/V4 ；2JU6J0%妫.口 山Y53J2. 7JI码如骸瓦Y64X12厲尿皿血Ar 1棱边顶点号1122

6、233344415566677788S59151026II371248顶点坐标值XV7 !100210131I1401500061007110&010表面模型的数据结构曲面建模a） 平面:三个点定义；b） 线性拉伸面：一条平面曲线沿 直线方 向移动扫成；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；d） 回技面 平面线框图绕某一轴 蚕旋藝 产生；e） 扫成面一剖面线沿一条导线移动构 成；一剖面线沿导线光滑过渡到另一剖 面线；一剖诲缕沿两条给定等参数边界 移动器成。f） 圆角面圆角过渡面；或等距面沿原始曲面法线方向轸动一个固 定的距离。H线导线I3 实体建模实体建模概念：描述了实体全部

7、几何信息，且定义了实 体所有点、线、面、体拓扑信息。彗爵黠隐、剖切、有限元分析、数控加工，物性 实体模型表示方法:构造体素几何表示法(CSG，Construetive Solid Geometry) 扫描表 ZK 法(Sweeping Representation)边界表不法(B-Rep, Boundary R (1构造体素几何表示法（CSG）通过基本体素交、并、差正则集合运算构造各种复杂实体。基本体素：矩形块、 柱、 锥、球、锲、环等。数据结构：二叉树结构，记录了实体所有基本体素的组成、正则集合运算 和相关的几何变换。特点：无一义性，最终实体与基本体素先后拼合顺序无关，造型简单， 易于实现，

8、可方便转换成其它表示方法。缺点：没有详细几何信息，必须转化为其它形式才能对点、边、面等信 息进行査询和编辑。2、边界表示法（B rep）通过面、环、边、顶点的几何和拓扑参数来表示实体。矩形体BRep表示法数据结构：是以边为中心的翼边结构，通过任意一条边，可以遍1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。不足：缺乏实体生成过程信息，数据存储量大，难以直接构造。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

9、用于输入；B-reo常作为二维灾体计算机内部信息的描述:4、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。特点：算法简单，易于集合运算和干涉检査，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，不能表达实体各元素间 拓扑关系，没有点、边、面等形体单元的概念。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，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。特征建模是实现CAD

10、/CAM集成化和智能化的关键技术o特征的分类1）形状特征具有一定工程语义的几何形体。STEP标准分类:体特征：构造主体形状的特征，如凸台、孑L、 员柱体、矩形体等;过渡特征：如倒角、 员角 键 中心孔、退刀槽、螺纹等；分布特征：如圆周均布孔、齿薨的齿形轮廓等。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;凹陷：与已存在的形状特征一端相交的被减体;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；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。6） 管理特征 描述管理信息，如零件名、批量、设计者、日期等。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。