1、二、三維建模方法(12.1 概述將現(xiàn)實(shí)世界中或設(shè)想中的物體轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)內(nèi)部表示的這一過(guò)程稱之為建模。產(chǎn)品建模的步驟就是將人們頭腦中構(gòu)思或者設(shè)想的產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)換成用圖形、符號(hào)或算法表示的形式。關(guān)鍵信息(1概念模型。設(shè)計(jì)者臆想中的真實(shí)對(duì)象是在設(shè)計(jì)過(guò)程中建立起來(lái)的,但描繪這個(gè)對(duì)象按常規(guī)生成圖形的規(guī)定或多或少地顯示出一個(gè)與實(shí)際結(jié)構(gòu)相一致的模型。在用CAD系統(tǒng)描述時(shí)這一情況基本上沒(méi)有多大改變,它同樣也有一個(gè)建模過(guò)程。(為了進(jìn)一步將實(shí)物對(duì)象轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可描2信息模型。為了進(jìn)步將實(shí)物對(duì)象轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可描述的模型,必須把概念模型有目的地向形狀信息單元(體面輪廓(線點(diǎn)轉(zhuǎn)化。(3計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型。一個(gè)CAD系統(tǒng)的計(jì)算

2、機(jī)機(jī)內(nèi)模型是將信息模型傳遞結(jié)計(jì)算機(jī)可接受的且同時(shí)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼的種標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)形式(可描述的元素及其相互關(guān)系。以此可實(shí)現(xiàn)中央處理機(jī)的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。也就是:將信息模型的信息單元以數(shù)學(xué)形式加以定義z將信息模型的信息單元以數(shù)學(xué)形式加以定義;z確定其相互關(guān)系;z轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制代碼形式;二維模型三維線框模型曲面模型產(chǎn)品模型發(fā)展過(guò)程:實(shí)體模型特征模型幾何模型線框模型曲面模型實(shí)體模型三維模型特征模型三維圖形信息幾何信息2.2 三維建模基礎(chǔ)形體信息非圖形信息拓?fù)湫畔?幾何信息幾何信息是指具有幾何意義的點(diǎn)、線、面等,具有確定的位置(坐標(biāo)和度量值(長(zhǎng)度、面積等。所有幾何元素構(gòu)成了幾何模型的幾何信息。(1幾何分量

3、的數(shù)學(xué)表示z點(diǎn)用三維坐標(biāo)值表示;z平面和一般二次曲面用代數(shù)方程式表示;z自由曲面常用Coons、B樣條、Bezier等方法來(lái)擬合。(2幾何分量之間的相互關(guān)系2拓?fù)湫畔⑼負(fù)湫畔⑹切误w幾何分量(點(diǎn)、邊、環(huán)、面相互間的聯(lián)結(jié)關(guān)系。z點(diǎn)是最基本的拓?fù)湓?z邊由兩點(diǎn)確定;z環(huán)又是由一組相鄰的邊組成;z面是由一個(gè)或多個(gè)封閉環(huán)界確定;z實(shí)體是由三維空間的封閉面組成。9種不同類型的拓?fù)潢P(guān)系二維圖素或圖元2.3 圖形元素和幾何元素1圖形元素圖素是指可以用一定的幾何參數(shù)和屬性參數(shù)描述的最基本的圖形輸出單元,包括點(diǎn)、線、圓、圓弧、橢圓、二次曲線等。三維體素用有限個(gè)尺寸參數(shù)定位和定形的最基本的單元體常有以下3種定義形

4、式:從實(shí)際形體中選擇出來(lái)可用些確定的尺寸參z從實(shí)際形體中選擇出來(lái),可用一些確定的尺寸參數(shù)控制其最終位置和形狀的一組單元實(shí)體。z由參數(shù)定義的一條(或一組輪廓線沿一條(或一組空間參數(shù)曲線作掃描運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的形體。z用代數(shù)半空間定義的形體。2幾何元素(1點(diǎn)。z點(diǎn)是形體最基本的元素,自由曲線、曲面或其他形體均可用有序的點(diǎn)集表示。用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)、管理、輸出形體的實(shí)質(zhì)就是對(duì)點(diǎn)集及其連接關(guān)系的處理歐氏空間中,形體由如下幾何元素構(gòu)成:z點(diǎn)可用n維或n+1維坐標(biāo)表示。z在自由曲線面的描述中常用3種類型的點(diǎn):控制點(diǎn),用來(lái)確定曲線和曲面的位置與形狀,而相應(yīng)曲線和曲面不一定經(jīng)過(guò)的點(diǎn);型值點(diǎn),用來(lái)確定曲線和曲面的位置與形狀

5、,而相應(yīng)曲線和曲面一定經(jīng)過(guò)的點(diǎn);插值點(diǎn),為提高曲線和曲面的輸出精度,在型值點(diǎn)之間插入的一系列點(diǎn)。(2線z線是兩個(gè)鄰面(正則形體或多個(gè)鄰面(非正則形體的交界。z直線由其端點(diǎn)(起點(diǎn)和終點(diǎn)定界;曲線由一系列型值點(diǎn)或控制點(diǎn)表示,也可用顯式、隱式方程表示。(3環(huán)z環(huán)是有序有向邊(直線段或曲線段組成的面的封閉邊環(huán)是有序、有向邊(直線段或曲線段組成的面的封閉邊界。環(huán)中的邊不能相交,相鄰兩條邊共享一個(gè)端點(diǎn)。z環(huán)有內(nèi)外之分,確定面的最大外邊界的環(huán)稱之為外環(huán),通常其邊按逆時(shí)針?lè)较蚺判?而把確定面中內(nèi)孔或凸臺(tái)邊界的環(huán)稱之為內(nèi)環(huán),其邊相應(yīng)外環(huán)排序方向相反,通常按順時(shí)針?lè)较蚺判颉基于這種定義,在面上沿一個(gè)環(huán)前進(jìn),其左

6、側(cè)總是面內(nèi),右側(cè)總是面外。(4面z面是形體上一個(gè)有限、非零的區(qū)域,由一個(gè)外環(huán)和若干個(gè)內(nèi)環(huán)界定其范圍。z一個(gè)面可以無(wú)內(nèi)環(huán),但必須有一個(gè)且只有一個(gè)外環(huán)。z面有方向性,一般用其外法線矢量方向作為該面的正向,若一個(gè)面的外法矢量向外,此面為正向面,反之,為反向面。(5體z體是三維幾何元素,由封閉表面圍成空間,也是歐氏空間中非空、有界的封閉子集,其邊界是有限面的并集。z常用的基本形體體素包括長(zhǎng)方體、球體、圓柱體、圓錐體、圓環(huán)體、棱錐體等,也包括由定義的輪廓曲線沿指定的軌跡曲線掃描生成的形體。2.4 線框模型(Wire-frame Model線框模型構(gòu)造物體的基本思想是使用物體的棱邊或輪廓線來(lái)表示其形狀特征

7、,描述幾何對(duì)象的輪廓線是由連接幾何對(duì)象上的各點(diǎn)的直線段、圓弧段和二次曲線及自由曲線等組合而成。只要給出了各個(gè)節(jié)點(diǎn)在空間的位置,并提供它們之間的連接關(guān)系,就可確定幾何對(duì)象的基本外形。線框模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于正確描述每一線框的棱邊,一般包括兩個(gè)信息記錄:z一個(gè)是頂點(diǎn)記錄,即每個(gè)頂點(diǎn)的編號(hào)及坐標(biāo);z另一個(gè)是線框記錄,即每一個(gè)棱邊的起點(diǎn)和終點(diǎn)編號(hào)。2.5 曲面模型(Surface Model曲面造型是以物體的各個(gè)表面為單位來(lái)表示其形體特征,它就在線框造型的基礎(chǔ)上,增加了有關(guān)面與邊的拓?fù)湫畔⒍?它給出頂點(diǎn)的幾何信息及邊與頂點(diǎn)、面與邊之間兩層拓?fù)湫畔ⅰＧ婺Ｐ椭械膸缀螌?duì)象的表面可以由若干塊曲面組成,

8、這些曲面塊可以是以下曲面的一部分:z平面z解析曲面z自由曲面2.6 實(shí)體模型(Solid Model1實(shí)體的概念實(shí)體模型規(guī)定了表面完整的拓?fù)潢P(guān)系,從形體的任個(gè)面都可以遍歷它所有的面邊和點(diǎn)并規(guī)定了一個(gè)面都可以遍歷它所有的面、邊和點(diǎn),并規(guī)定了面的哪一側(cè)存在實(shí)體。實(shí)體模型能夠反映外部模型比較完整的幾何信息,是真實(shí)而唯一的三維物體。三維形體具有這樣一些性質(zhì):(1剛性。一個(gè)物體必須具有一定的形狀。(2維數(shù)的一致性。三維空間中,一個(gè)物體的各部分均應(yīng)是三維的,也就是說(shuō),必須有連通的內(nèi)部,而不能有懸掛的或孤立的邊界。(3占據(jù)有限的空間,即體積有限。(4邊界的確定性。根據(jù)物體的邊界能區(qū)別出物體的內(nèi)部及外部。(5

9、封閉性。經(jīng)過(guò)一系列剛體運(yùn)動(dòng)及任意序列的集合運(yùn)算之后,仍然是有效的物體。依據(jù)上述觀點(diǎn),三維空間中的物體是一個(gè)內(nèi)部連通的三維點(diǎn)集,是由其內(nèi)部的點(diǎn)集及緊緊包著這些點(diǎn)的表皮組成的。物體的表面必須具有以下性質(zhì):(1連通性。位于物體表面上的任意兩個(gè)點(diǎn)都可用實(shí)體表面上的一條路徑連接起來(lái)。(2有界性。物體表面可將空間分為互不連通的兩部分,其中一部分是有界的。(3非自相交性。物體的表面不能自相交。定向性物體表面的兩側(cè)明確定義出屬于物體(4可定向性。物體表面的兩側(cè)可明確定義出屬于物體的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。(5閉合性。物體表面的閉合性是由表面上多邊形網(wǎng)格各元素的拓?fù)潢P(guān)系決定的,即每一條邊具有兩個(gè)頂點(diǎn),且僅有兩個(gè)頂點(diǎn);圍繞任

10、意一個(gè)面的環(huán)具有相同數(shù)目的頂點(diǎn)及邊;每一條邊連接兩個(gè)或兩個(gè)以上的面等等。2正則布爾運(yùn)算、體素定義和描述、三維實(shí)體的表達(dá)實(shí)體造正則布爾運(yùn)算型包括三部分體素定義和描述三維實(shí)體的表達(dá)(1布爾集合運(yùn)算設(shè)有兩個(gè)形體A和B,布爾運(yùn)算定義如下:交集:C = AB = BA即形體C包含所有A、B共同的點(diǎn)。并集:C =AB = BA即形體C包含A與B的所有點(diǎn)。差集:C =A-B(但CB-A是形體C包含從A中減去A和B共同點(diǎn)的其余點(diǎn)。普通布爾運(yùn)算正則交集運(yùn)算(a和(e與普通布爾交集結(jié)果相同(b(d進(jìn)行正則交集運(yùn)算為空集*(正則交*(正則并*(正則差一般有兩種方法實(shí)現(xiàn)正則運(yùn)算般有兩種方法實(shí)現(xiàn)正則運(yùn)算。z一是間接方式

11、,即先按照通常的集合運(yùn)算求出結(jié)果,然后再用一些規(guī)則加以判斷,刪去那些不符合正則形體定義的部分,如孤立邊、孤立面等,從而得到正則形體。z二是直接方式,即定義出正則集合算子的表達(dá)式,用它直接得出符合正則形體定義的結(jié)果。領(lǐng)域概念如果P 是點(diǎn)集S 的一個(gè)元素,那么點(diǎn)P 的以R (R >0為半徑的領(lǐng)域指的是圍繞點(diǎn)P 的半徑為R 的小球(二維情況下為小圓。領(lǐng)域概念描述了集合S 在點(diǎn)P 附近的局部幾何性質(zhì)。當(dāng)且僅當(dāng)P 的領(lǐng)域?yàn)闈M時(shí),P 在S 之內(nèi);的領(lǐng)域?yàn)榭諘r(shí)間接方式產(chǎn)生正則形體當(dāng)且僅當(dāng)P 的領(lǐng)域?yàn)榭諘r(shí),P 在S 之外;當(dāng)且僅當(dāng)P 的領(lǐng)域既不滿也不空時(shí),P 在S 的邊界上。Sp pp(2體素定義和描述

12、掃描表示法(Sweep Representation 掃描表示法是建立在沿某一軌跡移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)、條曲線或個(gè)曲面的想法之上的由這個(gè)過(guò)一條曲線或一個(gè)曲面的想法之上的。由這個(gè)過(guò)程所產(chǎn)生的那些點(diǎn)的軌跡定義一維、二維或三維的形體。平移掃描法它是一種沿空間某一軌跡移動(dòng)某物體從而定義新物體的方法。最簡(jiǎn)單的掃描情況是用一個(gè)二維區(qū)域(二維圖形沿著一指定的矢量方向作直線運(yùn)動(dòng)形成空間區(qū)域(三維圖形。平掃體矢量數(shù)學(xué)模型為:r = r + l n平面圖形的矢量函數(shù)掃描距離掃描方向旋轉(zhuǎn)掃描法把一個(gè)區(qū)域(二維圖形繞某一軸線旋轉(zhuǎn)來(lái)定義新物體.一般稱它為旋轉(zhuǎn)體。旋轉(zhuǎn)體矢量數(shù)學(xué)模型為:r = r + R ·n旋轉(zhuǎn)單位圓對(duì)

13、應(yīng)的位置矢量母線上各點(diǎn)旋轉(zhuǎn)半徑旋轉(zhuǎn)軸矢量廣義掃描法沿掃描變化截面的形狀和大小,或者當(dāng)移動(dòng)該形狀通過(guò)某空間區(qū)間時(shí),可以變化截面相對(duì)于掃描路徑的方向半空間法(Semi Space Representation (3三維實(shí)體的表達(dá)構(gòu)造實(shí)體幾何(Constructive Solid Geometry 復(fù)雜的實(shí)體定義為較簡(jiǎn)單實(shí)體(體素的組合,這種組合是通過(guò)布爾運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的通過(guò)集合運(yùn)算生種組合是通過(guò)布爾運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)集合運(yùn)算生成的幾何實(shí)體過(guò)程可用一個(gè)二叉樹(shù)結(jié)構(gòu)表示,其中樹(shù)根是生成的幾何實(shí)體;中間結(jié)點(diǎn)(子樹(shù)是集合運(yùn)算符號(hào),包括并、差、交,它代表某一中間形體;葉結(jié)點(diǎn)是體素或變換參數(shù)。操作符圖形變換矩陣基本

14、體素CSG 樹(shù)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)z 每一個(gè)節(jié)點(diǎn)由操作符、坐標(biāo)變換矩陣、基本體素指針、左子樹(shù)、右子樹(shù)等五項(xiàng)組成。z 除操作符外,其余各項(xiàng)全部以指針形式存儲(chǔ),操作符按指定方式取值。當(dāng)操作符這項(xiàng)為葉節(jié)點(diǎn)時(shí)其相應(yīng)左子樹(shù)右子樹(shù)z 當(dāng)操作符這一項(xiàng)為葉節(jié)點(diǎn)時(shí),其相應(yīng)左右子樹(shù)的指針為NULL ;當(dāng)為中間節(jié)點(diǎn)時(shí),操作符表示正則集合運(yùn)算方式,其基本體素項(xiàng)指針為NULL 。z 每一節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)變換項(xiàng)存儲(chǔ)該節(jié)點(diǎn)所表示形體在進(jìn)行新的集合運(yùn)算前所需坐標(biāo)變換信息。邊界表示法(Boundary-Representation 以物體邊界為基礎(chǔ),定義和描述幾何形體的方法。原理是每個(gè)物體都由有限個(gè)面構(gòu)成,每個(gè)面(平面或曲面由有限條邊圍成的有

15、限個(gè)封閉域定義。一個(gè)理想有效表面的條件是:封閉有向不自個(gè)理想、有效表面的條件是:封閉、有向、不自交、有限和相連接,并能區(qū)分實(shí)體邊界內(nèi)、邊界外和邊界上的點(diǎn)。用該種方法表示的實(shí)體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一般可用體表、面表、環(huán)表、邊表、頂點(diǎn)表五個(gè)層次的表描述:z 體表描述的是幾何體包含的基本體素名稱以及它們之間的相互位置和拼合關(guān)系;z 面表描述的是幾何體包含的各個(gè)面、面的數(shù)學(xué)方程,每面表描的是幾何體含的各個(gè)面面的數(shù)學(xué)方程每個(gè)面有且只有一個(gè)外環(huán),如果面內(nèi)有孔,則還有內(nèi)環(huán);z 環(huán)表描述的是環(huán)由哪些邊組成的;z 邊表中有直邊、二次曲線邊、三次樣條曲線邊,以及各種面相貫后產(chǎn)生的高次曲線邊;z 頂點(diǎn)表描述的是邊的端點(diǎn)或曲線型

16、值點(diǎn)。單元分解法(Decomposing Cells 將空間劃分成網(wǎng)格單元,實(shí)體則是由處于其內(nèi)部的單元組合而成。z 簡(jiǎn)單均勻網(wǎng)格在這個(gè)方案中,三維空間域被劃分成一系列單元。在這個(gè)方案中維空間域被劃分成系列單元這些單元是相互鄰接、具有同樣大小尺寸的立方體單元。該分解法也被稱為占據(jù)空間計(jì)數(shù)法。由此我們可以有下列表達(dá)式:partialfull object full V V V V +z 四叉樹(shù)與八叉樹(shù)適應(yīng)網(wǎng)格當(dāng)一個(gè)對(duì)象要被分解時(shí),出現(xiàn)三種類型,空、滿、半滿,主要取決于被分解的對(duì)象是否完全在單元的外邊、完全在里面或者部分在里邊。半單元可以進(jìn)一步分解成空、滿、半滿單元。顯然,半單元尺寸決定其分辨率因?yàn)?/p>

17、單元信息無(wú)法告訴單元是如何決定其分辨率。因?yàn)閱卧畔o(wú)法告訴單元是如何填充的或單元填充了多少,所以計(jì)算機(jī)將認(rèn)為半滿單元都是一樣的,除非做進(jìn)一步的分解。四叉樹(shù)和八叉樹(shù)的基本思想是將造型空間逐漸細(xì)分成2的冪次方個(gè)子塊CSG與BRep混合造型法z B-rep法強(qiáng)調(diào)物體的外表細(xì)節(jié),建立了有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),把面、邊、頂點(diǎn)的信息分層記錄,并建立了以顯示存儲(chǔ)建模基本數(shù)據(jù)之間的拓?fù)潢P(guān)系。z B-rep法在圖形處理上有明顯的優(yōu)點(diǎn),因?yàn)檫@種方法與工程圖的表示相近,根據(jù)B-rep數(shù)據(jù)可迅速轉(zhuǎn)換為線框模型尤其在曲面造型領(lǐng)域便于計(jì)算機(jī)換為線框模型,尤其在曲面造型領(lǐng)域,便于計(jì)算機(jī)處理、交互設(shè)計(jì)與修改。z B-rep多面體系

18、統(tǒng)在生成濃淡圖時(shí)也有特點(diǎn)。例如在用像素操作法和填充法進(jìn)行濃淡處理時(shí),在顯示速度和質(zhì)量方面也有明顯的優(yōu)點(diǎn)。z CSG表示法在幾何形體定義方面具有精確、嚴(yán)格的優(yōu)點(diǎn)。其基本定義單位是體素,不具備體、面、環(huán)、邊、點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系。因此,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。z CSG模型是由各個(gè)體素構(gòu)成,而體素正是零件基本形體的表示,因此,從其中很容易抽象出零件的宏觀零形體和具體形體。z由于CSG表示法末建立完整的邊界信息,因此,既不可能向線框模型轉(zhuǎn)換,也不能用來(lái)直接顯示工程圖。z同樣,對(duì)CSG模型不能作局部修改,因?yàn)槠淇尚薷母牡淖钚卧求w素。許多系統(tǒng)采用兩者綜合的表示方法進(jìn)行實(shí)體造型z CSG模型系統(tǒng)為外部模型z B-

19、rep模型作為系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)三、三維建模方法(23.1 特征模型概念傳統(tǒng)的實(shí)體建模方法存在如下問(wèn)題:z以體素及布爾運(yùn)算來(lái)定義零件十分不方便,即現(xiàn)有的基本體素及其布爾運(yùn)算方法只能部分構(gòu)造產(chǎn)品零件的基本體素及其布爾運(yùn)算方法只能部分構(gòu)造產(chǎn)品零件,造型覆蓋率不高,不能進(jìn)一步提高建模技術(shù)的效率。z在定義產(chǎn)品信息中,除了幾何狀態(tài)尺寸外,對(duì)于工藝過(guò)程、材料因素(如牌號(hào)、熱處理、狀態(tài)、加工紋理等、尺寸公差和形位公差等都必須提供附加文字說(shuō)明。特征模型特點(diǎn)z著眼于完整地表達(dá)產(chǎn)品的技術(shù)信息和管理信息,其目的是在計(jì)算機(jī)上建立一個(gè)統(tǒng)一的產(chǎn)品模型來(lái)替代傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和施工成套圖紙以及技術(shù)文檔,使得產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備環(huán)

20、節(jié)可以并行展開(kāi)工作信息共享展開(kāi)工作,信息共享。z使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能在更高的層次上進(jìn)行,設(shè)計(jì)人員的操作對(duì)象不再是原始的圖素或體素等,而是產(chǎn)品諸如螺紋、倒角、孔等功能要素。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖,使得建立的產(chǎn)品模型更容易被理解和組織生產(chǎn),設(shè)計(jì)模型和圖樣更容易修改。z有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)等各部門間的聯(lián)系,更好地將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖貫徹到后續(xù)各個(gè)環(huán)節(jié)并且得到及時(shí)的反饋。同時(shí)有助于在行業(yè)內(nèi)推行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝方法的規(guī)范化。典型對(duì)特征定義的不同表述:z 特征是具有形狀與功能的雙層屬性的實(shí)體z 特征是一個(gè)形狀,對(duì)于這類形狀工程設(shè)計(jì)人員可附加一些工程信息特征、屬性及可用于幾何推理的知識(shí)

21、z 由具有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組幾何元素構(gòu)成的形狀實(shí)體,它對(duì)應(yīng)零件上的一個(gè)或多個(gè)功能,能夠被固定的加工方式它對(duì)應(yīng)零件上的個(gè)或多個(gè)功能,能夠被固定的加工方式加工成形。z 特征是具有屬性,與設(shè)計(jì)、制造活動(dòng)有關(guān),并含有工程意義和基本幾何實(shí)體或信息的集合。z 特征是指產(chǎn)品描述的信息的集合,并可按一定的規(guī)則分類。z 一定環(huán)境下某種功能的反映,具有工程含義的幾何實(shí)體。總之,特征是對(duì)諸如零件形狀、工藝和功能等與零件描述相關(guān)的信息集的綜合描述,是反映零件特點(diǎn)的可按一定規(guī)則分類的產(chǎn)品描述。可以概括為:產(chǎn)品/ 零件=造型特征+ 工程語(yǔ)義信息零件層3.2 零件信息模型零件信息模型的三個(gè)層次特征層幾何層z 零件層主要反映

22、零件的總體信息,是關(guān)于零件子模型的索引指針或地址;z 特征層指的是一系列特征子模型及其相互關(guān)系;z 幾何層反映零件的點(diǎn)、線、面的幾何/拓?fù)湫畔ⅰＡ慵畔⒛Ｐ驮煨吞卣鞴こ陶Z(yǔ)義信息形精性能材補(bǔ)管裝狀特征度特征分析特征料特征類充特征理特征幾何、拓?fù)浼捌渌嚓P(guān)信息配特征z 形狀特征是零件上一組相互關(guān)聯(lián)的幾何實(shí)體所構(gòu)成的特定形狀,具有特定的設(shè)計(jì)或制造意義。形狀特征是最主要的特征,是精度特征和材料特征的載體。z 裝配特征用于表達(dá)零件在裝配過(guò)程中應(yīng)該具備的信息。z精度特征用于描述零件的形狀位置、尺寸和粗糙度等。z材料特征用于描述與零件的材料和熱處理有關(guān)的信息,包括材料的名稱、類型、規(guī)格、毛坯狀態(tài)、機(jī)械性能、

23、工藝性能、熱處理方式、表面處理方式等方面。z性能分析特征用于表達(dá)零件在性能分析時(shí)所使用的信息,如有限元網(wǎng)格劃分等,有時(shí)也稱技術(shù)特征。z補(bǔ)充特征根據(jù)需要,用于表達(dá)一些與上述特征無(wú)關(guān)的其它信息。z管理特征類管理特征主要是描述零件的總體信息和標(biāo)題欄信息,如零件名、零件類型、GT碼、零件的輪廓尺寸(最大直徑、最大長(zhǎng)度、質(zhì)量、件數(shù)、材料名、設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)日期等等,3.3 形狀特征通常可以把形狀特征分為主特征(Main Feature和輔特征(Additional Feature,其中主特征用來(lái)構(gòu)造零件的主體形狀;輔特征用于對(duì)主特征(輔特征的局部進(jìn)行修飾,形狀特征主特征輔特征形狀特征主特征圓柱體圓錐體長(zhǎng)方體

24、簡(jiǎn)單特征孔特征螺紋特征槽特征圓柱孔圓錐孔平鍵槽弧形槽T形槽輔特征圖33特征分類組合特征復(fù)合特征同軸孔中心孔圓周分布陣列分布形狀特征過(guò)渡特征類組合板筋類組合實(shí)體類分布特征類加工板筋類內(nèi)圓倒角類外圓倒角類邊倒角類孔特征類凹陷特征類加強(qiáng)特征類陣列分布類圓周分布類般分布類一般特征類加工實(shí)體類突起特征類圓孔特征類凹陷特征類槽特征類螺紋特征類加強(qiáng)筋類一般分布類圖34AP214的特征分類圓柱形突起類一般形突起類矩形凹陷類一般凹陷類標(biāo)準(zhǔn)螺紋類自定義螺紋類應(yīng)用特征是指各種工程專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域里所遇到的各種形狀特征。這些特征中有的仍以前述的通用特征為基礎(chǔ)。從設(shè)計(jì)、分析、制造到檢驗(yàn)的不同階段可有不同的特征定義檢驗(yàn)的不同

25、階段。可有不同的特征定義。如按機(jī)械零件的幾何形狀分,可大致分為軸類、盤類、支架類、箱體類和自由曲面類等,每一類中又具有相應(yīng)的特征。特征外部?jī)?nèi)部軸向表面徑向軸向表面專用圓柱十字孔退刀槽圓柱孔內(nèi)鍵槽內(nèi)孔錐臺(tái)滾花螺紋齒輪花鍵長(zhǎng)孔平面鍵槽成型圓角過(guò)渡倒圓角錐孔內(nèi)螺紋內(nèi)槽中心鉆孔軸類零件特征分類不同的制造方法又有著不同的特征,如鋁合金擠壓、鑄造、鋼件鍛造、鈑料沖壓、機(jī)械加工和注塑模成形等。鍛造工藝特征如下:基本形狀、全局對(duì)稱、局部對(duì)稱、分模面、加強(qiáng)筋、叉口、凸臺(tái)、外圓角、過(guò)渡內(nèi)圓角、腹板、通孔、盲孔、凸塊彎彎曲、扭轉(zhuǎn)、隔墻、空腔、壓陷等。注塑模設(shè)計(jì)特征如下:基本形狀、全局對(duì)稱、分模面、分模線、分模方向、

26、加強(qiáng)筋、外圓角、凸臺(tái)、內(nèi)圓角過(guò)渡、投模斜度、過(guò)渡、通孔、盲孔、腹板、扭轉(zhuǎn)、隔墻、空腔、凸起、壓陷、叉口、接頭片、螺紋、窗口、銷釘、元件、突緣、內(nèi)腔、槽口、切口、最小壁厚、最大壁厚、公稱壁厚、表面積、體積、焊縫位置和空腔度等。3.4 特征建模方法z特征類是關(guān)于特征類型的描述;特征類、特征對(duì)象和特征實(shí)例的概念:z特征對(duì)象是特征類的實(shí)例,是關(guān)于值的描述;z特征實(shí)例是對(duì)特征屬性賦值后的一個(gè)特定特征,是特征類的一個(gè)成員。特征類之間、特征實(shí)例之間、特征類與特征實(shí)例之間有如下的聯(lián)系:(l繼承聯(lián)系。繼承聯(lián)系構(gòu)成特征之間的層次聯(lián)系(2鄰接聯(lián)系。反映形狀特征之間的相互位置關(guān)系(3從屬聯(lián)系。描述形狀特征之間的依從或附屬關(guān)系(4引用聯(lián)系。描述形狀特征之間作為關(guān)聯(lián)屬性而相互引用的聯(lián)系根據(jù)形狀特征間的鄰接聯(lián)系與從屬聯(lián)系,可做出零件形狀特征關(guān)系樹(shù)。該樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)是零件實(shí)體的形狀特征,葉節(jié)點(diǎn)是簡(jiǎn)單形狀特征,中間節(jié)點(diǎn)是其父節(jié)點(diǎn)的形狀特征屬性,這種描述類似于CSG中的描述。建立零件的特征信息模型,一般有三種方法:交互式特征定義特征識(shí)別特征造型交互式特征定義利用現(xiàn)有的實(shí)體造型系統(tǒng)建立產(chǎn)品的幾何模型,由用戶直接通過(guò)圖形交互式抬取,定義特征幾何所需要有幾何要素,并將特征參數(shù)或精度、技術(shù)要求、材料熱處理等信息作為屬性添加到特征模型中。設(shè)計(jì)者