基于UG的产品三维设计实验.doc

实验一 基于UG的产品三维设计实验 一、实验目的 掌握三维建模技术的基本知识； 熟悉三维建模软件Unigraphics（UG）的各个菜单和工具栏； 熟悉UG的各种建模方法； 运用实例初步掌握UG的草图建模、特征建模和实体建模技术。 二、实验内容 学习并掌握三维建模技术的基本知识； 熟悉UG软件的菜单、工具栏及各种三维建模技术； 学生在教师指导下完成典型零件的建模并提交实验报告和零件模型文件。 三、实验设备 每两个学生一台PC机，CPU：P4 D2.8G，硬盘：80G，内存：512MB，显示器：17LCD； UG软件； Word软件。 四、实验原理 1．三维几何建模技术 早期的CAD系统以二维图形作为产品的主要描述和定义手段，用于满足单纯输出产品设计图样的需要。从产品设计的角度看，通常在设计人员思维中首先建立起来的是产品的几何形状实物模型，依据这个三维模型进行设计、分析与计算，因而采用三维模型更有利于设计的进行。随着CAD技术的发展，三维CAD设计已逐渐成为CAD设计的主流。 2．三维建模的基本概念 1）三维形体的几何信息与拓扑信息 在几何建模中，对几何形体的描述与表达是建立在形体的几何信息与拓扑信息基础上的。几何信息一般是指形体在欧氏空间中的形状、位置和大小；而拓扑信息是指形体各分量的数量及相互间的关系。 三维物体的几何信息包括相关的点、线、面、体信息，这些信息可以用几何分量方式来加以表示。 拓扑信息具体来说就是形体各分量，如点、边、面之间相互的连接关系。各种几何元素相互间关系的总和构成了形体的拓扑信息。 欧拉提出了关于描述形体的几何元素和拓扑关系的检验公式，这一公式可作为检验形体描述正确与否的准则。 F＋V－E＝2＋R－2H 式中，F为面数，E为边数，V为顶点数，R为面中的孔洞数，H为体中的空穴数。 2）形体的定义 形体在计算机内通常采用6层拓扑结构进行定义，如图1-1所示。形体及其几何元素均定义在三维欧氏空间中，各层结构的含义如下： （1）体 体是由封闭表面围成的有效空间，其边界是有限个面的集合，而外壳是形体的最大边界，是实体拓扑结构中的最高层。 （2）壳 壳由一组连续的面围成的封闭边界，实体的边界称为外壳，如果壳所包围的空间是个空集则为内壳。 （3）面 面是由一个外环和若干个内环界定的有界的、不连通的表面。面具有方向性，面的方向用垂直于面的法矢表示，法矢向外的面为正面、反之为反面。法矢的方向由外环的旋向按右手法则确定。 （4）环 环是由有序、有向的边组成的封闭边界。环中各条边不能相交，相邻两边共享一个端点。环的概念和面的概念密切相关，环有内环、外环之分，确定面的最大边界的环称为外环，而确定面内孔或者凸台边界的环称为内环。内环的方向与外环的方向相反，外环通常按逆时针方向，内环通常按顺时针方向。 （5）边 边是形体中两个相邻面的交界，一条边只能有两个相邻的面，且由两个端点定界，它们分别称为该边的起点和终点，边可以是空间直线，也可以是空间曲线。曲线边则由一系列型值点和控制点表示，也可用显式或隐式方程表示。 （6）点 点是边的端点，点不允许出现在边的内部，也不能孤立地存在于形体内、形体外或面内。点是几何造型中最基本的元素，它可以是形体的顶点，也可以是曲线曲面的控制点、型值点、插值点。 另外，在三维几何建模中有两个关键的概念： （1）顶点 顶点是指面中两条不共线线段的交点，顶点不能孤立存在于实体内、外或面和边的内部。 （2）体素 体素是指可由若干个参数描述的基本形体，如方块、圆柱、球、环等。体素也可以是由定义的轮廓沿指定迹线扫描生成的空间。 3. 几何建模的种类 根据描述方法、存储的几何信息和拓扑信息的不同，传统的三维几何造型系统主要有3种类型：线框模型(Wire Frame Model)、实体模型(Solid Model)、表面模型(Surface Model)。通常，可根据工程设计和制造的难易程度来选择相应的模型和造型技术。 近些年来，为适应CAD/CAM集成环境的需要，人们在实体模型的基础上，研究开发了特征建模技术，形成了新的CAD模型，即特征模型(Feature Model)。特征建模技术一直是CAD/CAM领域的研究热点，并取得了巨大的进展。目前，新一代的CAD/CAM系统(如UG，Pro/E等)都是基于特征的参数化实体造型系统。 五、UG的三维几何建模技术 1.用户界面简要介绍 1）窗口结构 Unigraphics（简称UG）在Windows中的用户界面如图1-2所示。 图1-2 UG基本界面 2）工具条 工具条是一行使用者可以用来启动标准UG菜单项目的图标。如图1-3所示。用户可以利用【工具→自定义】来消隐或显示工具条，也可以添加或移出工具条命令。 图1-3 自定义工具条 3）建模操作步骤 UG的一般建