cad第四章幾何建模及特征建模-wenkub
2023-05-27 22:55:37 本頁(yè)面
【正文】 建模技術(shù) 是指產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的建立方法、過(guò)程及采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。 2 3 第一節(jié) 基本概念 建模 將現(xiàn)實(shí)世界中的物體及屬性轉(zhuǎn)化為 計(jì)算機(jī)內(nèi)部數(shù)字化表達(dá)的原理和方法。 建模的過(guò)程 建模過(guò)程就是一個(gè)產(chǎn)生、存儲(chǔ)、處理、表達(dá) 現(xiàn)實(shí)世界 的過(guò)程。 建模技術(shù)是 CAD/CAM系統(tǒng)的 核心技術(shù) .計(jì)算機(jī)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。 拓?fù)湫畔?： 指拓?fù)湓?(頂點(diǎn)、邊棱線和表面 )的數(shù)量及其相互間的連接關(guān)系。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)形式和計(jì)算機(jī)的管理。 國(guó)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(yù)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(chǔ)和方法 .特征是一種綜合概念 ，它作為 “ 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中各種信息的載體 ” 除了包含零件的幾何拓?fù)湫畔⑼?,還包含了設(shè)計(jì)制造等過(guò)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(yǔ)義 ，他是在更高層次上對(duì)幾何形體上的凹腔 、 孔 、 槽等的集成描述 。 16 四、 CAD/CAM集成對(duì)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(gè)過(guò)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(diǎn) )來(lái)定義物體的 框架線段 信息（物體各個(gè)外表面之間交線）。但在二維系統(tǒng)中，由于各視圖及剖視圖是獨(dú)立產(chǎn)生的，因此不可能將描述同一個(gè)零件的的不同信息構(gòu)成一個(gè)整體模型，所以當(dāng)一個(gè)視圖改變時(shí)，其他視圖不能自動(dòng)改變。 二．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 21 22 23 優(yōu)點(diǎn) 這種描述方法信息量少，計(jì)算速度快，對(duì)硬件要求低。 3）由于缺少面的信息，不能消除隱藏線和隱藏面 4）由于沒(méi)有面和體的信息，不能對(duì)立體圖進(jìn)行著色和特征處理，不能進(jìn)行物性計(jì)算。但在評(píng)價(jià)物體外部形狀、位置或繪制圖紙，線框模型提供信息是足夠的，同時(shí)它具有較好的時(shí)間響應(yīng)性，對(duì)于適時(shí)仿真技術(shù)或中間結(jié)果的顯示是適用的。如圖就是一個(gè)曲面的拼接過(guò)程。 1)線性拉伸面 (平移表面 ) 這是一種將某曲線，沿固定方向拉伸，而產(chǎn)生曲面的方法。 33 組合曲面（ Composite Surfaces）是由曲面片拼合成的復(fù)雜曲面。 34 目前， CAD領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的是 NURBS參數(shù)曲面。 35 Bezier曲面：是一組空間輸入點(diǎn)的近似曲面。 37 1）它克服了線框模型的許多缺點(diǎn)，能夠完整地定義三維物體的表面，可以在屏幕上生成逼真的彩色圖像，可以消除隱藏線和隱藏面。 39 它不僅可以為設(shè)計(jì)、繪圖提供幾何圖形信息，還可以為其它應(yīng)用場(chǎng)合繼續(xù)提供數(shù)據(jù)，例如當(dāng)曲面設(shè)計(jì)完成以后，可以根據(jù)用戶要求自動(dòng)進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分、三坐標(biāo)或五坐標(biāo) NC編程以及計(jì)算和確定刀具軌跡等。而實(shí)體建模是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部以實(shí)體描述客觀事物，這樣一方面可以提供試實(shí)體完整的信息，另一方面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可見(jiàn)邊的判斷，具有消隱功能。 二．?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（邊界表示法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)） 42 43 ★三．實(shí)體建模的方法 1. 體素法 利用一些基本的體素（如長(zhǎng)方體、圓柱、圓環(huán)、圓球等）通過(guò)集合運(yùn)算（布爾運(yùn)算）組合成產(chǎn)品模型。 46 2)三維實(shí)體掃描 實(shí)體掃描法是用一個(gè)三維實(shí)體作為掃描體，讓它作為基體在空間運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)可以是沿某個(gè)曲線移動(dòng)，也可以是繞某個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，或繞某一個(gè)點(diǎn)的擺動(dòng)。 而表面模型的面可以不封閉，面的上下表面都可以有效，不能判定面的哪一側(cè)是體內(nèi)與體外； 此外，表面模型沒(méi)有提供各張表面之間相互連接的信息。此外，它沒(méi)有記錄實(shí)體是由哪些基本體素構(gòu)成的，無(wú)法記錄基本體素。 2) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 一個(gè)物體的 CSG表示是一個(gè)有序的二叉數(shù)，樹(shù)的非終端結(jié)點(diǎn)表示各種運(yùn)算（包括一些變換矩陣）。 （ 3）能夠記錄物體結(jié)構(gòu)生成的過(guò)程。 3．混合模型 57 實(shí)用造型系統(tǒng)中的應(yīng)用 在實(shí)用造型系統(tǒng)中，邊界表示法已逐漸成為實(shí)體的主要表示形式。 例如，在實(shí)用系統(tǒng)中 ,有建立體素的命令，進(jìn)行各種體素拼合的命令，以及修改某個(gè)體素的命令等；當(dāng)執(zhí)行這些命令時(shí)，相應(yīng)地生成或修改邊界表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)。而由邊界表示轉(zhuǎn)換為線框模型非常簡(jiǎn)單。 4．空間單元表示法（分割法） 61 2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是四叉樹(shù)或八叉樹(shù)，四叉樹(shù)常用作二維物體描述，對(duì)三維實(shí)體需采用八叉樹(shù)， 3）判定方法： 首先定義三維實(shí)體的外接立方體，并將其分割成八個(gè)子立方體，依次判斷每個(gè)子立方體，若為空，則表示無(wú)實(shí)體 。 缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，且不能表示物體各部分之間的關(guān)系，也沒(méi)有點(diǎn)、線、面的概念?？梢陨烧鎸?shí)感的圖像和進(jìn)行干涉檢查，特別是在機(jī)械有限元分析、機(jī)器人編程、五坐標(biāo)銑削過(guò)程模擬、空間技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析上成為不可缺少的工具 . 六．三維實(shí)體建模的特點(diǎn) 67 線框建模 曲面建模 實(shí)體建模 對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求 低 高 高 模型的數(shù)據(jù)量 小 較大 大 對(duì)物體進(jìn)行渲染的能力 無(wú) 可以 可以 對(duì)零部件干涉檢查能力 無(wú) 基本可以 可以 實(shí)施零部件裝配的能力 無(wú) 基本可以 可以 物性計(jì)算能力 與棱線長(zhǎng)度相關(guān)的物性計(jì)算 可以 可以 有限元網(wǎng)格模型的能力 桿、梁?jiǎn)卧Ｐ? 板、殼模型 任意單元模型 數(shù)控加工編程的能力 平面數(shù)控編程 2至 5軸 2至 5軸 線框建模、曲面建模、實(shí)體建模的優(yōu)缺點(diǎn)比較 68 幾何建模的局限性： 1） 幾何模型難以修改，不能適應(yīng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)
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