【正文】 1 第四章 幾何建模及特征建模 第一節(jié) 基本概念 第二節(jié) 線框建模 第四節(jié) 實體建模 第三節(jié) 曲面建模 第五節(jié) 特征建模 引言 在 CAD/CAM中 ， 建模技術(shù)是將現(xiàn)實世界中的物體及其屬性轉(zhuǎn)化為計算機內(nèi)部數(shù)字化表達的原理和方法 ， 是定義產(chǎn)品在計算機內(nèi)部表示的數(shù)字模型 、數(shù)字信息以及圖形信息的工具 ， 是產(chǎn)品信息化的源頭 ， 它為產(chǎn)品設計分析 、 工程圖生成 、 數(shù)控加工編程與加工仿真 、 數(shù)字化加工與裝配中的碰撞干涉檢查 、 生產(chǎn)過程管理等 ， 提供有關(guān)產(chǎn)品的信息描述與表達方法 ， 是實現(xiàn)計算機輔助設計與制造的前提條件 ， 也是實現(xiàn) CAD/CAM一體化的核心內(nèi)容 。 2 3 第一節(jié) 基本概念 建模 將現(xiàn)實世界中的物體及屬性轉(zhuǎn)化為 計算機內(nèi)部數(shù)字化表達的原理和方法。 建模的過程 建模過程就是一個產(chǎn)生、存儲、處理、表達 現(xiàn)實世界 的過程。如下圖所示。 ★一．基本概念 4 5 ★ 3．數(shù)據(jù)模型的組成 一般由數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法三個部分組成。 4. CAD/CAM建模技術(shù) 是指產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型在計算機內(nèi)部的建立方法、過程及采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。 建模技術(shù)是 CAD/CAM系統(tǒng)的 核心技術(shù) .計算機集成制造系統(tǒng) (CIMS)的水平與集成在很大程度上取決于三維幾何建模軟件的系統(tǒng)的功能與水平。 6 二 .幾何建模 ★ 幾何建模就是形體的描述和表達是建立在 幾何信息和拓撲信息 基礎的建模。其主要處理零件的幾何信息和拓撲信息。 幾何信息 指物體在歐氏空間中的形狀、位置和大小，最基本的幾何元素是點、直線、面。 拓撲信息 ： 指拓撲元素 (頂點、邊棱線和表面 )的數(shù)量及其相互間的連接關(guān)系。 用頂點和棱邊來描述物體 7 8 9 例 . 立方體的線框模型及其計算機表示 線框模型 頂點表 棱線表 提供了定義形體的點、線的幾何信息，以及點與 邊之間連接關(guān)系的拓撲信息 。 10 幾何模型只是對物體幾何數(shù)據(jù)及拓撲關(guān)系的描述，無明顯的功能、結(jié)構(gòu)和工程含義，所以若從這些信息中提取、識別工程信息是相當困難的。 11 表面模型 實體模型 幾何建模具備的功能 形體定義輸入，即把用戶格式轉(zhuǎn)化為計算機要求的格式。 數(shù)據(jù)存儲形式和計算機的管理。 對形體可以進行編輯 可以進行布爾運算和歐拉運算。 顯示輸出物體的各種試圖。 可以查詢物體的相關(guān)屬性 可以對物體進行性能分析和應用處理 12 13 5. 商品化的幾何造型系統(tǒng) 國外 ： AUTOCAD、 CATIA、 I DEAS 、 Pro/Engineer、 UnigraphicsⅡ 、 ACIS、 Parasolid等。 國內(nèi) ： 高華、金銀花、管道 CAD、 制造工程師 （ ME）、 NPUCAD/CAM系統(tǒng) 幾何建模的發(fā)展歷史 14 三、 特征建模 特征建模技術(shù)被譽為 CAD/CAM發(fā)展的新里程碑 ,它的出現(xiàn)和發(fā)展為解決 CAD/CAPP/CAM集成提供了理論基礎和方法 .特征是一種綜合概念 ，它作為 “ 產(chǎn)品開發(fā)過程中各種信息的載體 ” 除了包含零件的幾何拓撲信息外 ,還包含了設計制造等過程所需要的一些非幾何信息 ,如材料信息 、尺寸 、 形狀公差信息 、 熱處理及表面粗糙度信息和刀具信息等 .因此特征包含豐富的工程語義 ，他是在更高層次上對幾何形體上的凹腔 、 孔 、 槽等的集成描述 。 15 由于從不同的應用角度研究特征 ， 必然引起特征定義的不統(tǒng)一 。 根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)過程階段不同而將特征區(qū)分為 ：設計特征 、 制造特征 、檢驗特征 、 裝配特征 （ 位置關(guān)系 ， 配合約束關(guān)系 ， 連接關(guān)系 ， 運動關(guān)系 ） 等 。 根據(jù)描述信息內(nèi)容不同而將特征區(qū)分為：形狀特征 、 精度特征 、 材料特征 、 技術(shù)特征等 。 16 四、 CAD/CAM集成對建模的基本要求 具備信息描述的完整性 貫穿生命周期的整個過程 為企業(yè)信息集成創(chuàng)造條件 17 18 第二節(jié) 線框建模 利用基本線素 (空間直線、圓弧和點 )來定義物體的 框架線段 信息（物體各個外表面之間交線）。這種實體模型由一系列直線、圓弧、點及自由曲線組成，描述的是產(chǎn)品的輪廓外形。 1)二維幾何建模實質(zhì)上是二維線框模型，它以二維平面的基本圖元（如點、線、圓弧等）為基礎表達二維圖形。 ★一．建模原理 19 二維幾何建模系統(tǒng)比較簡單適用，同時大部分提供了方便的人機交互功能，如果任務僅局限于計算機輔助繪圖或?qū)剞D(zhuǎn)體零件的數(shù)控編程，則可采用二維建模系統(tǒng)。但在二維系統(tǒng)中，由于各視圖及剖視圖是獨立產(chǎn)生的，因此不可能將描述同一個零件的的不同信息構(gòu)成一個整體模型，所以當一個視圖改變時，其他視圖不能自動改變。 三維線框模型是二維線框模型的直接拓展和延伸。 20 三維線框模型采用表結(jié)構(gòu)，在計算機內(nèi)部存儲物體的頂點及棱線信息，將實體的幾何信息和拓撲信息層次清楚的記錄在以邊表、頂點表中。如下圖所示的物體在計算機內(nèi)部是用 18條邊， 12個頂點來表示的。 二．數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 21 22 23 優(yōu)點 這種描述方法信息量少，計算速度快，對硬件要求低。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，所占的存儲空間少，數(shù)據(jù)處理容易，繪圖顯示速度快。 三．特點 24 缺點 1）存在二異性，即使用一種數(shù)據(jù)表示的一種圖形，有時也可能看成另外一種圖形。 2）由于沒有面的信息，不能解決兩個平面交線問題。 3）由于缺少面的信息，不能消除隱藏線和隱藏面 4）由于沒有面和體的信息，不能對立體圖進行著色