《机械CAD CAM技术》课件_第3章.pptx
第3章CAD技术;
3.1几何造型技术;
3.1.1参数化造型技术
早期的CAD系统用固定的尺寸值来定义几何元素,输入的每一条线都有确定的位置,但不包括产品图形内在的尺寸约束、拓扑约束及工程约束(如应力、性能约束等)。
参数化造型是先建立图形与尺寸参数之间的约束关系,然后使用约束来定义和修改几何模型。这些尺寸约束及拓扑约束反映了设计时要考虑的因素。实现参数化的一组参数与这些约束保持一定的关系,初始设计的实体自然要满足这些约束,而当输入新的参数值时,也将保持这些约束关系并获得一个新的几何模型。;
参数化造型尺寸约束如图3.1.1所示,该几何图形由4个边长l1~l4和4个夹角表示,初始状态见图3.1.1(a)。保持4个边长不变,当改变夹角?1时,如果仍保持该几何图;
形的封闭性,那么其所有角度和每条边的位置都???发生变化,成为图3.1.1(b)所示的状态。依次类推,随着夹角的不断变化,该几何图形也不断变化,好像被夹角所驱动而发生了变化,见图3.1.1(c)。参数化造型的尺寸约束和拓扑(几何位置)约束如图3.1.2所示,该几何图形的初始状态见图3.1.2(a),保持边长l1~l3、l4的水平位置、l4与l5的垂直关系不变,当改变l4时,为满足上述尺寸和拓扑要求,变为图3.1.2(b)所示的状态。依次类推,随着l4的不断变化,该几何图形也不断变化,好像被l4所驱动而发生了变化,见图3.1.2(c)。这种几何图形随某参数变化而自动变化的现象,称为参数化。;
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3.1.2变量化造型技术
参数化造型技术具有基于特征、全尺寸约束、尺寸驱动几何形状修改、全数据相关的特点,全尺寸约束既不能漏注尺寸(欠约束),又不能多注尺寸(过约束),全数据相关指一个参数的修改导致其他相关尺寸全部更新。变量化造型技术是在参数化造型技术的基础上又做了进一步修改后提出的设计思想,变量化造型既保留了参数化造型基于特征、尺寸驱动几何形状修改、全数据相关的优点,又在约束定义方面做了根本性的改变。变量化造型将几何约束中的尺寸约束和拓扑约束分开处理,不苛求全约束,并增加了工程约束。;
变量化造型的原理如图3.1.3所示。图中:几何元素指构成实体的直线、圆等几何图形要素;几何约束包括尺寸约束及拓扑约束;尺寸值指每次赋给的一组具体值;工程约束表达设计对象的原理、性能等;约束管理用来确定约束状态,识别欠约束或过约束等问题;约束网络分解是将约束划分为较小的方程组,通过代数联立方程或推理方法逐步求解得到每个几何元素特定点的坐标,从而得到一个具体的几何模型。;
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3.1.3特征造型技术
1.特征的概念
现实世界的物体具有三维形状和质量,因而三维实体造型可以更加真实地、完整地、清楚地描述物体,其利用计算机技术存储物体的几何信息和拓扑信息,代表了CAD/CAM技术的主流。;
实体造型(SolidModeling)技术是20世纪70年代后期、80年代初期逐渐发展完善并推向市场的。实体造型是利用一些基本体素,如长方体、圆柱体、球体、锥体、圆环体以及平面轮廓扫掠体等通过布尔运算生成复杂形体的一种造型技术。实体造型主要包括两部分内容,即体素的定义与描述、体素之间的布尔运算(交、并、差)。体素是一些简单的几何形体,它们可以通过少量参数进行描述,例如长方体可以通过长、宽、高定义形状。;
特征的概念很广,本章仅限于讨论几何特征(以下简称特征)。特征指可以用参数驱动的实体模型,其满足下列条件:
(1)特征是一个实体或零件中的具体构成之一;
(2)特征能对应于某一形状;
(3)特征具有工程上的意义(即与加工方法的一定对应关系);
(4)特征的性质是可以预料的。;
根据特征构造和组合的先后顺序,可以把特征分为基本特征和附加特征两类。一个零件最重要的特征是基本特征,也是最先构造的特征。基本特征具有以下特点:
(1)基本特征能反映零件的主要体积(或质量),能基本反映零件的主要形状;
(2)基本特征是构造后续特征的基础。只有构造好基本特征之后,才能再创建其他各种特征,其他特征是附加在基本特征之上的,所以称为附加特征,零件形状的不断补充和细化是通过增加或减去附加特征进行的。;
2.特征造型过程及基本步骤
特征造型过程可以形象地比喻为一个由粗到精的泥塑过程,即在一个初始泥坯(基本特征)的基础上,通过不断增加胶泥材料(增加附加特征)或去除胶泥(减去附加特征),逐步获得一个精美的雕塑(几何模型)。
特征造型过程要用到两个基本技术:布尔运算和模型树。;
通常,零件造型大致遵循下列步骤:
(1)造型方案规划,主要包括分析零件的特征组成、分析零件特征之间的相互关系,分