CAD建模技术.ppt

建模先导概念 数据结构：是问题的数学描述（逻辑结构和物 理结构） 算法：处理问题的策略（对数据运算的描述) 程序：为计算机处理问题编制的一组指令集 考生录取信息系统 崔秀海8 高大庆庆5 何文丽丽6 李闽闽志1 刘 红红3 宋大明4 隋文涛7 魏人民10 于惠芳2 于众群9 计计算机科学与技术术1，5，9 英 语语2，4，6，8，10 应应用数学3，7 考号姓名性别报考专业成绩 2300411李闽志男计算机科学与技术658 1000472于惠芳女英语632 1506302刘 红女应用数学617 2105902宋大明男英语600 0934785高大庆男计算机科学与技术601 0600807何文丽女英语611 0878529隋文涛男应用数学612 1690834崔秀海男英语602 1710641于众群女计算机科学与技术619 1900162魏人民男英语671 600～6094，5，8 600～6193，6，7，9 620～629 630以上1，2，10 考生信息表 姓名索引表 专业索引表 成绩索引表 棋盘格局 o o o x x x o o o xo o x x o o x xx o o xoo o x xo o o x xoo o xxxo o x o o x o o 快速送达疫苗 已知有临近的五个村子发生了疫情，我们要用汽车快速地 将疫苗送达到5个村子。

目标是寻找一条耗时最少的路线 穷举法 贪心算法 问题被抽象成了图结构 发生疫情的五个村子 村子联系网络 耗时矩阵 数据结构 • 集合结构： • 线性结构： 数据结构 • 树形结构： 10 14131211 234 56789 1 987 456 23 1 • 图形结构：1 2 5 6 4 3 12 54 3 6 11 33 18 14 6 6 5 16 19 21 机械CAD/CAM建模技术 主要内容： Ø 几何建模概述； Ø 三维几何建模技术； p 线框建模 p 曲面（平面）建模 p 实体建模 p 特征建模 CAD/CAM建模技术是研究产品数据模型在计算机内部的建立方法、过程 及采用的数据结构和算法 建模：从人们对于现实世界中的物体的想象出发，到完成它的计算机内部 表示的这一过程就是建模 步骤： 1、研究物体的抽象描述方法，得到想象（外部）模型，它表示用户所理解的客观 事物及事物之间的关系； 2、将这种想象模型以一定格式转换成符号或算法表示的形式，形成信息模型，它 表示了信息类型和逻辑关系； 3、形成计算机内部存储模型，这是一种数字模型 因此，建模过程实质就是一个描述、处理、存储、表达现实世界的过程。

CAD/CAM建模技术与建模方法 目前主要的建模方法有几何建模和特征建模. 几何建模有二维几何模型、三维几何模型，（2.5D系统） 二维几何建模主要研究平面轮廓处理问题，分为边式和面式两类 Ø边式系统只描述轮廓边，然后通过不同类型轮廓边的相互顺 序实现绘图目的由于它没有定义相互联系边的范围，因而 不能实现自动画剖面线、拷贝和图形变换等功能; Ø面式系统将封闭轮廓边包围的范围定义成一个平面，并作为 一个整体来处理因而它可自动画剖面线、拷贝、变换，还 可以随意相互拼合(相加或相减)，从而构成复杂的图形 建模方法 1 几何建模概述 1.1 几何建模的概念 Ø 几何模型 把三维实体的几何形状及属性用合适的数据结构进行描述和存储供计算 机进行信息转换和处理的数据模型 实体数据 属性数据 几何信息 拓扑信息 Ø 几何建模的用途 ü 物性计算 ü 工程分析 ü 数控加工编程 ü 运动模拟仿真 ü 工业造型与渲染 Ø 几何信息 构成三维形体各几何要素在欧氏空间的大小位置 顶点： 直线： 平面： 自由曲面： Coons曲面，Bezier曲面、 B样条曲面、 NURBS曲面可由参数方程表示 形体的各几何要素具有相关性，可相互导出。

边、边相交顶点 面、面相交边 Ø 拓扑信息 反映三维形体中各几何要素的数量及相互连接关系 Ø 非几何信息 指产品的几何、拓扑信息以外的信息包括物理信息和工艺信 息等 1.2 形体的拓扑结构表示 （1）体（object /body） 由封闭表面组成的有效空间 正则体（良好的边界的形体，无悬边（一条边有两个以上 的邻面）、悬面 非正则体 六层拓扑结构 非正则体 正则体 （2）壳（shell） 构成一个完整实体的封闭边界 形成单一连通空间一组面的集合 一个连通体由一个外壳和若个内壳组成 （3）面（face） 由一个外环和若个内环界定的有界连通的表面 （4）环（loop） 环是面的封闭边界、有序有向边的组合 内环（孔和凸台的周界）顺时针 外环（面的最大边界）逆时针 （5）边（edge） 实体两相邻面的交界 （6）顶点（vertex） 边的端点，为两条或两条以上边的交点 Object /Body Shell Face Loop Edge Vertex surface curve point 正则集与正则集合运算 三维几何形体可认为是一个空间的点集，但点集的运算不一定都是有效 实体 正则集定义 如果一个集合的内部闭包与原来集合相等，则称此集合为正则集。

正则集的布尔运算仍为正则集 欧拉公式 （1）正则体形体，点、边、面个数满足 （2）将三维空间分成B个独立的多面体，则点、边、面、体的个数 （3）有孔洞的形体，满足 所有面的内环数 穿透形体的孔数 满足欧拉公式的形体陈为欧拉形体，条件满足： Ø 每条边有且只有两个相邻的面，且仅有两个端点； Ø 每个顶点至少是三条边相交 2 三维几何建模技术 线框建模技术 数据结构 顶点表 边表 线框建模特点： Ø 缺少面与边及面与体的拓扑信息，形体描述不完整，容易产生多义性，不 能正确表达形体的轮廓线； Ø 不能进行剖示、物性计算、实体碰撞干涉、数控刀具轨迹和有限元网格划 分 表面（曲面）建模技术 数据结构 顶点表 边表 曲面建模特点： Ø 面与边及面与体的拓扑信息进行消隐处理、剖面图生成、渲染、数控刀具轨迹 和有限元网格划分； Ø 缺少体与面的拓扑信息，无法面是实体内部还是外部，不能进行物性计算 面表 面号 边序列表面方程可见性 曲面构造方法： Ø 平面 Ø 直纹面 Ø 线性拉伸面 Ø 回转面 Ø 扫描面 Ø 园角面 Ø 等距面 实体建模技术 基本概念 相比曲面建模增加面与体的拓扑信息，环是面的封闭边界、 有序有向边的组合。

体内点在左侧，体外点在右侧 数据结构 1 基本体素法 用一组参数定义大小不同、形状相似体基本形体特征：块、球、柱、 锥、环等 2 扫描表示法 由二维平面图形或三维形体沿某一方向或引导线平移或绕 某一旋转轴旋转得到 3 边界表示（B-Rep）法 实体是由有限数量的边界表面围成的封闭空间，所以可通过 构成实体的面、环、边、顶点的几何数据和拓扑关系数据表示 实体 数据结构 内环表 顶点表首地址 边表首地址 面表首地址 变换矩阵表 0 xyzx y z 始点终点 右 外 环 号 左 外 环 号 右 上 边 号 左 上 边 号 右 下 边 号 左 上 边 号 始点终点 右 外 环 号 0 左 外 环 号 右 上 边 号 左 上 边 号 右 下 边 号 左 上 边 号 0 外 环 号 外 环 号 0 内 环 号 面 号 始 边 号 内 环 号 面 号 始 边 号 4 构造实体几何（CSG）表示法 由基本体素作布尔运算构造 5 空间单元法 用一系列规则的空间表示实体便于物性计算、碰撞干涉检查、消隐处理 12 34 1 2 3 4 5 87 6 特征建模技术 基本概念 特征 从工程对象中高度概括和抽象后得到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建模过程 特征包含的信息 三维实体模型包含几何信息和拓扑信息，产品同时包含其他信息，如： 材料、毛坯尺寸、尺寸和形位公差、表面粗糙度、热处理等信息 特征分类 1 形状特征 包含几何信息和拓扑信息的几何形体 STEP标准分为： ² 体特征（如柱、块、球、锥等） ² 过渡特征（如倒角、倒圆、键槽、中心孔、退刀槽、螺纹等） ² 分布特征（如圆形、矩形阵列等） 按几何形状分为： •通道 passage 与已存在形状特征两端相交的被减体 •凹陷 depression 与已存在形状特征一端相交的被减体 •凸起 protrusion 与已存在形状特征一端相交的附加体 2 精度特征 ² 尺寸公差 ² 位置公差 ² 形状公差 ² 表面粗糙度 3 材料特征 与材料及热处理相关的信息 4 技术特征 描述零件的有关性能和技术要求 5装配特征 装配时信息、与配合要求、装配顺序等要求 6管理特征 零件的管理信息如：零件号、图号、批量、设计日期等信息 特征间的关系 邻接关系 从属关系 分布关系 引用关系 特征建模方式 1 特征识别 ² 交互方式 ² 自动识别 2 基于特征的设计 构建特征树，建立模型。

3 特征映射 在PLM周期特征在不同阶段，所需信息不同，实现信息的共享和自动转换 设计特征映射为后续的应用领域的特征 特征域 ² 设计特征域 ² 分析特征域 ² 工艺特征域 ² 制造特征域 ² 装配特征域 特征建模技术被誉为CAD/CAM发展的新里程碑，它的出现和发展 为解决CAD/CAPP/CAM集成提供了新的理论基础和方法特征是一 种综合概念，它作为“产品开发过程中各种信息的载体”，除了包含零 件的几何拓扑信息外，还包含了设计制造等过程所需要的一些非几何 信息，如材料信息、尺寸、形状公差信息、热处理及表面粗糙度信息 和刀具信息等 根据产品生产过程阶段不同而将特征区分为设计特征、制造特征、 检验特征、装配特征等;根据描述信息内容不同而将特征区分为形状特 征、精度特征、材料特征、技术特征等 特征建模技术 特征建模是CAD/CAM模块的基础和核心建模工具，其功能强大、操作简便 、编辑修改灵活 UG所采用的基于特征和约束的建模技术具有交互建 立和编辑复杂实体模型的能力，有助于用户快速地进行概念设计和结构 细节设计 实体建模的优点 Ë 采用尺寸驱动方式编辑模型（“参数化控制设计”），设计修改更加方便 Ë 可提高创新能力，能够用于概念设计(邓家裼等，产品概念设计-理论、方法与技术，机械工业出版社，2002） Ë 可以对模型进行着色显示，模型显示效果更好 Ë 可以减少建模的操作步骤，节省设计时间 Ë 采用主模型技术驱动后续工程制图、加工和分析等的设计应用。

主模型编辑后， 其他相关应用自动更新，可避免重复设计的浪费UG说明书） 特征建模与实体建模 。