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第5章 几何造型技术 主要内容 实体造型技术 特征建模 装配造型 参数化与变量化技术 实体造型技术 5.1 布尔运算理论 正则体 　　　为了保证几何造型的可靠性和可加工性，要求形体上任何一点的足够小的领域在拓扑上应是一个等价的封闭圈，即围绕该点的形体邻域在二维空间中可构成一个单连通域，我们把满足这个定义的形体成为正则形体。 　　如下图5-4所示的三个物体，(1)中的圆柱孔可看作是一个近似的四棱柱，用欧拉公式检查全部合格，均为合法形体。结果如下： 　　　　　　　V－E＋F=2(s－h)＋r (a)14－21＋10=2×1－2×0＋1 (b)16－24＋11=2×1－2×0＋1 (c)24－36＋15=2×1-2×1＋3 边界表示法的特点 构造实体几何法的特点： 5.2 特征建模 5.3 装配造型 装配约束技术 作　业 第95页第3、第5题 上世纪80年代以来，为了满足CIMS技术发展的需要，人们一直在研究更完整描述几何体的实体造型技术。为实现CAD/CAM技术的集成化，满足自动化生产要求的实体造型技术必须考虑诸如倒角、圆弧、圆角、孔，以及加工用到各种过渡面形状信息和工程信息，特征造型正是为满足这一要求而被提出来的。 特征的定义 特征是指产品描述的信息的集合，并可按一定的规则分类。 几何造型系统中引入“特征”概念的目的：是为了增加实体几何的工程意义。 常用特征信息包括： 形状特征：与描述零件几何形状、尺寸相关的信息集合，包括功能形状、加工工艺形状、装配辅助形状等。 精度特征：在设计和加工中使用的形位公差、尺寸公差、表面粗糙度等信息集合。 材料特征：与零件材料和热处理相关的信息集合，比如材料性能、热处理方式、硬度等值。 管理特征：与零件管理有关的信息集合，包括标题信息，零件材料，表面粗糙度等信息。 装配特征：与零件装配相关的信息集合，如零件的装配关系、配合关系、功能关系统。 分析特征：有关工程分析方面的特征，如有限元分析中的梁特征、板特征等。 特征表示及数据结构 特征表示主要包括： ①表示几何形状的信息 ②表示属性的信息 根据几何形状的信息和属性在数据结构中的关系，又可分为集成表达和分离表达两种特征表达方式。 集成表达是将属性信息与几何形状信息集成地表达在同一内部数据结构中，而分离表达则是将属性信息表达在与几何形状信息集分离的外部数据结构中。 集成表达方式可以有效地避免出现分离模式中内部实体模型数据和外部数据不一致和数据冗余现象，可以方便地对多种抽象层次的数据进行通信，从而满足了不同应用的需求。然而，对集成表达模式而言，由于现有的实体模型不能很好满足特征模型的需求，需要从头和实施全新的基于特征的表达方案，工作量太大。因此，不少系统依然采用了分离表达模式。 几何形状信息的表达，分隐式和显式两种。前者是对特征生成过程的描述；而后者则是确定几何信息与拓扑信息的描述。 如图所示，用圆柱面、两底面和两条边界来描述的圆柱即为显示表达；而用中心线、长度和圆柱直径来描述即为隐式表达。 几何形状信息常采用显示方式表达，以面为基础，通过关系表格记录几何要素的面、环、点等信息，为设计中几何数据的直接提取提供方便。而非几何信息多采用隐式表达。 特征造型的特点 与传统的几何造型方法相比，特征造型具有如下特点： （1）特征造型着眼于更好地表达产品的完整的技术和生产管理信息，为建立产品的集成信息服务。它的目的是用计算机可以理解和处理的统一的产品模型替代传统的产品设计和施工成套图纸以及技术文档，使得一个工程项目或机电产品的设计和生产准备的各个环节可以并行展开。 （2） 它使产品设计工作在更高层次上进行，设计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素，像螺纹孔、定位孔、键槽等。特征的引用体现了设计意图，使得建立的产品模型容易为别人理解和组织生产，设计的图样容易修改。设计人员可以将更多的精力用在创造性构思上。 （3）它有助于加强产品设计、分析、工艺准备、加工、检验各个部门间的联系，更好地将产品的设计意图贯彻到各个后续环节并且及时得到后者的意见反馈，为开发新一代基于统一产品信息模型CAD/CAM/CAE/CAPP集成系统创造良好的前提。 特征模型与实体模型的不同，主要表现在内部数据表示上。 通过定义特征，可以避免计算机内部实体模型数据与外部特征数据的不一致性和冗余，可以方便地对特征进行编辑操作，使用户的界面更加友好。 以特征为基础的造型方法是CAD建模方法的一个新的里程碑，它可以充分提供制造所需的几何数据，从而可用于制造可行性方案的评价、功能分析、过程选择、工艺过程设计等，把设计和生产过程紧密结合，有良好的发展前景。