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机械产品建模 1.传统的计算机辅助设计的发展 现代的与传统的计算机辅助设计比较: (1)系统组成复杂:往往是机械、控制、电子等多个不同学科领域子系统的综合组合体; (2)开发过程复杂:不仅包括时间纵轴上存在的先后设计活动,而且包括横轴上某一时刻并发的设计任务之间的互相影响; (3)系统行为复杂:对总体性能的要求往往高于对单个功能模块的要求,因而增加了产品开发的难度。 2. 机械产品的计算机建模 产品建模就是将人们头脑中构思的产品模型转换成用图形、符号或算法表示的形式,然后形成计算机内部数据模型,即产生、存储、处理和表达产品的过程。 数字化建模的定义数字化产品模型(digital product model)是基于计算机技术,在现代设计方法学的指导下,支持先进制造系统,定义和表达产品全生命周期中的产品资源所必需的产品数据内容、数据关系及活动过程的数字化的信息模型。 机械产品的数字化建模 产品建模经历了: 几何建模→特征建模→智能建模→装配建模→集成建模 产品几何建模 产品几何建模 线框建模(Wireframe modelling) 以形体的棱边或交线作为形体的数据结构来定义的。 只规定各点的坐标或规定每个棱边的两个端点坐标。对于平面形立体,其轮廓线与棱边是一致的,所以,线框模型可以较清楚地表示一个形体的形状。 产品几何建模 产品几何建模 扫成面 3 实体模型 (Solid Model) 6. 参数化特征造型技术实体造型系统的不足参数化几何造型(Parametric Modeling)特征造型(Feature-based Modeling)参数化特征造型系统发展趋向6. 1 实体造型系统的不足几何模型难以修改,不能适应产品开发的动态过程。着眼于完善产品的几何描述能力。它只存储了物体的几何形状信息,缺乏产品在开发和生产整个生命周期所需的全部信息,如材料、尺寸公差、加工特征信息、表面光洁度和装配要求等,因此不能符合数据交换规范的产品模型,导致CAD/ CAPP /CAM集成的先天困难。 ? 所提供的造型手段不符合工程师的设计习惯。它只提供了点、线、面或体素拼合这些初级构形手段,不能满足设计、制造对构形的需要。因为设计工程师和制造工程师在设计一个零件时,总是从那些对设计或制造有意义的基本特征出发进行构思以形成所需的零件。其中的特征包括各种槽(如方形槽、V形槽、燕尾槽、盲槽)、凹坑、圆孔、螺纹孔、顶尖孔、退刀槽、倒角等。 6.2 参数化几何造型这种方法使用拓扑约束和尺寸约束来定义和修改几何模型。将尺寸用变量表示,作为设计的几何参数,以建立通用的几何模型。优点可快速设计出形状相似仅尺寸不同的一组零件。具有动态修改几何模型的能力。局限性一般不能改变图形的拓扑结构。 6. 3 基于特征的实体造型特征造型是以实体造型为基础,用具有一定设计或加工功能的特征作为造型的基本单元建立零部件的几何模型。参数化特征造型系统将参数化造型的思想用到特征造型中来,对产品的特征进行参数化造型,就形成了参数化特征造型,目前许多主流的实体造型系统如I - DEAS 、Pro/Engineer、UnigraphicsⅡ等均提供了有关功能。6.2.4 发展趋势产品集成建模反向工程(Reverse Engineering)面向网络的CAD应用 以上说明了几何实体构造法构造实体的基本方法。但需要指出的是,体素经集合论中的交、并、差运算后可能产生客观上并不存在的实体。下面以二维情况为例加以说明。3. 有效实体(正则形体,简称实体)形象地说,有效实体(正则形体)是由实体内部的点及紧紧包着这些点的表皮组成。一个有效的实体应具有如下的性质:刚性三维一致性:即实体没有悬面、悬边及孤 立的点有限性封闭性 4. 正则集合运算正则算子r:先求内部,再求闭包。删除无效实体所有的悬挂面、边和孤立的点,以得到有效的实体。因此,更严格地讲,CSG法是由简单的正则集经过正则集合运算构造复杂实体的方法。显然,CSG法所构造的实体是有效实体。Root: Final Object NonTerminal Nodes: Boolean Operators or Motions Leaf Nodes: Primitives or Transformation Data A Wrench CSG Binary Tree 5. CSG树 CSG法所构造的实体可以用一棵二叉树来描述。 6. CSG法的优点与缺点 优点: ? 用CSG法表示复杂实体非常简明,可惟一地定义物体。 ? CSG法所表示的实体的有效性是由体素的有效性和集合运算的正则性自动得到保证。CSG树描述物体非常紧凑,体素种类越多,CSG法所能定义的实体的覆盖域越宽。 ? 在大多数实体造型系统中作为用户输入
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