【文章內(nèi)容簡介】 模型 69 3)由于 CSG法描述實體的能力強，故幾乎在所有基于邊界表示法的實用系統(tǒng)中，都采用 CSG法作為實體輸入手段。 例如，在實用系統(tǒng)中 ,有建立體素的命令，進行各種體素拼合的命令，以及修改某個體素的命令等；當執(zhí)行這些命令時，相應地生成或修改邊界表示數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的數(shù)據(jù)。 70 1）基本思想： 通過一系列空間單元構(gòu)成的圖形來表示物體的一種表示方法。這些單元是有一定大小的空間立方體。在計算機內(nèi)部通過定義各個單元的位置是否填充來建立整個實體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 4．空間單元表示法（分割法） 71 2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常是四叉樹或八叉樹，四叉樹常用作二維物體描述，對三維實體需采用八叉樹， 3）判定方法： 首先定義三維實體的外接立方體，并將其分割成八個子立方體，依次判斷每個子立方體，若為空，則表示無實體 。若為滿表示有實體充滿 。若判斷結(jié)果為部分有實體填充，將該子立方體繼續(xù)分解，直到所有的子立方體或為空，或為滿，直到達到給定的精度。 72 73 4） .特點 采用八叉樹表示后，物體之間的集合運算變得十分簡單，八叉樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也大大簡化了消隱算法，同時極利于作局部修改。 缺點是數(shù)據(jù)存儲量大，且不能表示物體各部分之間的關系，也沒有點、線、面的概念。 優(yōu)點是算法簡單，便于物性計算和有限元分析。 74 實用造型系統(tǒng)中的應用 在實用造型系統(tǒng)中，邊界表示法已逐漸成為實體的主要表示形式。這是因為： ? 用 CSG法構(gòu)造復雜的實體存在局限性。 邊界表示法采用了自由曲面造型技術，能夠構(gòu)造像飛機、汽車那樣具有復雜外形的實體，用 CSG法的體素拼合則難以做到。 75 從 CSG模型通過計算可直接轉(zhuǎn)換成邊界表示模型，但反之不然。尚沒有從邊界表示模型到 CSG模型的一般轉(zhuǎn)換算法，因此兩種表示法不可交換。 商業(yè)化造型系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是將線框表示、曲面表示和實體表示統(tǒng)一在一個統(tǒng)一框架中，用戶根據(jù)實際問題的需要選取合適的技術。而由邊界表示轉(zhuǎn)換為線框模型非常簡單。 76 77 幾何建模的局限性： 1） 幾何模型難以修改，不能適應產(chǎn)品開發(fā)的動態(tài)過程 2）只能詳細的描述物體的幾何信息和拓撲信息，但是缺乏明顯的工程含義，產(chǎn)品設計中的一些非幾何信息如定位基準、公差、表面粗糙度、加工和裝配精度及材料信息等也是加工該零件所需信息的有機組成部分，但是在幾何建模中不能有機而充分的描述。 第三節(jié) 特征建模技術 78 3）所提供的造型手段不符合工程師的設計習慣。 它只提供了點、線、面或體素拼合這些初級構(gòu)形手段，不能滿足設計、制造對構(gòu)形的需要。因為設計工程師和制造工程師在設計一個零件時，總是從那些對設計或制造有意義的基本特征出發(fā)進行構(gòu)思以形成所需的零件。其中的特征包括各種槽（如方形槽、 V形槽、燕尾槽、盲槽）、凹坑、圓孔、螺紋孔、頂尖孔、退刀槽、倒角等。 79 特征建模（基于特征的實體造型） 特征造型是以實體造型為基礎，用具有一定設計或加工功能的特征作為造型的基本單元建立零部件的幾何模型。 80 1．特征的定義 1） 1992年 Brown所給出的： 特征就是任何已被接受的某一個對象的幾何、功能元素和屬性，通過特征我們可以很好地理解該對象的功能、行為和操作。 2）特征就是一個包含工程含義或意義的幾何原型外形。 特征在此已 不是普通的體素 ，而是一種封裝了各種屬性（ Attribute）和功能（ Function）的功能要素。 一．特征建模的概念 81 3）以 DIXON為代表的學者從設計自動化入手，將特征與產(chǎn)品設計知識表示和功能要求相聯(lián)，將特征定義為： 具有一定幾何形狀的實體，與 CIMS一個或多個功能相關，可以作為基本單元進行設計和處理。 4）以 WILSON為代表的學者從制造領域入手，將特征與工藝過程設計、 NC自動編程、自動檢測相連，將特征定義為： 對應一定基本加工操作的幾何形狀 82 5）在機械行業(yè)中特征通常指的是 形狀特征 面向設計的形狀特征定義 : 工件的特征定義為：在工件的表面、邊或角上形成的特定的幾何構(gòu)型。 面向工藝的形狀特征定義為 : 工件上一個有一定特性的幾何形狀 , 其對于一種機械加工過程是特定的 , 或者用于裝夾或測量目的。 形狀特征的通用定義： 形狀特征為具有一定拓撲關系的一組幾何元素構(gòu)成的形狀實體，它對應零件上的一個或多個零件功能，能夠被固定的加工方法加工成形。 83 2．特征應滿足條件 ： 在 CAD/CAM領域的特征必須滿足如下條件 1）特征必須是一個實體或零件中的具體構(gòu)成之一 2）特征能對應到某一種形狀 3）特征應該具有工程上的意義 4）特征的性質(zhì)是可以預料的。 84 特征的含義 特征是產(chǎn)品信息的集合 , 它不僅具有按一定拓撲關系組成的特定形狀 , 且反映特定的工程語義 , 適宜在設計、分析和制造中使用。 我們應該將特征理解為一個專業(yè)術語 , 它兼有形狀和功能 兩種屬性 , 從它的名稱和語義足以聯(lián)想其特定幾何形狀、拓撲關系、典型功能、繪圖表示方法、制造技術和公差要求。 85 1）根據(jù)制造方法不同： 鑄、鍛、焊、機加工和注塑成型特征 2）按零件類型不同： 軸類零件、盤類零件，箱體類零件等。 3）按照零件的復雜程度分： 簡單特征：簡單特征為獨立的形狀特征。 復合特征：復合特征為簡單特征的組合結(jié)構(gòu)，如周向均布的孔。矩形陣列的孔等。 二．特征的分類 86 4）按照其在設計過程中的作用分類 1)基本特征：指構(gòu)成零件主要形狀的特征 2)正特征：正特征對應于材料添加的形狀 ,如凸臺等 3)負特征：負特征則是從零件實體中減去的形狀，如孔、槽等 4）主特征：用來構(gòu)造零件的主題形狀特征 5）輔助特征：用來對主特征的局部進行修飾，如螺紋、倒角、倒圓等 如下圖為特征分類： 87 軸盤類零件的基本特征 88 孔槽類零件的基本特征 89 ： 不實際參與零件幾何形狀的構(gòu)造，又可以細分為： 精度特征 技術要求特征 材料特征 管理特征 分析特征 夾具特征 制造特征 裝配特征 90 特征建模是面向整個設計、制造過程的，必須能夠完整地、全面地描述零件生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)的信息以及這些信息之間的關系。 特征建模是一種以 實體建模 為基礎，包括上述信息的產(chǎn)品建模方案，通常由形狀特征模型、精度特征模型、材料特征模型組成，而形狀特征模型是特征建模的核心和基礎。 三．特征建模系統(tǒng)框架 91 前面將形狀特征定義為具有一定拓撲關系的一組幾何元素構(gòu)成的形狀實體，它對應零件上的一個或多個零件功能，能夠被固定的加工方法加工成形。 例：根據(jù)機械零件的輪廓特點和相應的總體加工特點，零件分類為下圖。 1．形狀特征模型 92 零件 回轉(zhuǎn)體類 板塊類 箱體類 孔 槽 腔 平面 臺階孔 盲