机械CA／CAM技术课件第5章.ppt

第五章 机械CAD/CAM建模技术 5.1 几何建模概念 5.2 三维几何建模技术 5.3 特征建模技术 5.4 三维造型实例 5.1 几何建摸概述 几何建模：用合适的数据结构对三维形体的几何形状及其属性进行描述，建立便于信息转换与处理的计算机内部模型的过程。 几何建模作用意义：是CAD/CAM核心技术，为工程分析、工艺设计、物性计算、运动仿真、数控编程等后续作业提供了方便，是实现CAD/CAM技术的集成基础。 CADCAM建模技术的发展： 线框模型→表面模型→曲面模型→实体造型→特征建模 CAD/CAM几何建模基本知识 几何信息：是指形体的形状、位置和大小的信息。 如：直线描述方程，矩形体的长宽高等。 拓扑信息：反映形体各组成元素数量及其相互间关系。 如：相交、相邻、相切、垂直、平行等。 注意：两形体几何信息相同，若拓扑信息不同，则两形体可能完全不同。 形体基本元素：点、边、面 形体六层拓朴结构 正则集与正则集合运算 正则集：一集合S的内部闭包与原来的集合相等。 S=kiS （k闭包，i内部，S集合） 正则化集合算子：集合运算后仍产生正则集。 U*（并）、∩*(交)、－*(差)。 2.表面（曲面）建模 原理：通过对物体各个面的描述进行三维建模的方法。 数据结构：顶点表、棱边表、面表三表结构。 特点：可消隐、剖面图生成、渲染、求交、刀轨生成等作业。 不足：缺少体信息，不便进行物性计算和分析。 3.实体建模 实体建模概念：描述了实体全部几何信息，且定义了实体所有点、线、面、体拓扑信息。 特点：实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工，物性计算等操作。 实体模型表示方法： 构造体素几何表示法（CSG，Constructive Solid Geometry） 扫描表示法（Sweeping Representation） 边界表示法（B-Rep，Boundary Representation） 单元表示法 1、构造体素几何表示法（CSG） 通过基本体素交、并、差正则集合运算构造各种复杂实体。 基本体素： 矩形块、圆柱、圆锥、球、锲、环等。 2、边界表示法（B-rep） 通过面、环、边、顶点的几何和拓扑 参数来表示实体。 3、扫描表示法 (Sweeping) 形体沿某一方向平移或绕某轴线旋转进行实体定义的方法 B-rep、CSG、Sweeping 三种表示方法的应用： CSG、Sweeping常用于输入； B-rep 常作为三维实体计算机内部信息的描述； 三者之间关系如下： 5.4 几何造型应用实例 Solidworks几何造型实例 Solidworks包括CAD模块、CAM加工模块以及Design work分析模块等。该系统智能化程度高，参数化功能强，操作简便，是最容易学习三维CAD系统之一。 下面以零件“盖”介绍建模过程。 Solidworks工作界面 2）单击基准面l ，单击草图绘制图标，绘制拉伸体草图。 4）指定基体拉伸高度， 形成拉伸体 5）指定工作平面 ，单击草图绘制图标，绘制凸台草图 7）构造凸台 圆角特征 8）构造抽壳特征 9）选择上表面，单击孔图标后，指定圆心位置，打开孔特征对话框，建立孔特征。 6）拉伸凸台 * 基本元素的拓扑关系： 面－面、面－边、面－点 边－边、边－点、边－面 点－点、点－边、点－面 体(Object) 壳(Shell) 面(Face) 环(Loop) 边(Edge) 点(Vertex) 体 由封闭表面围成的有效空间 ； 壳 构成一个完整实体的封闭边界，是一组面的集合； 面 由一个外环和若干内环界定的有界、不连通的表面； 环 是面的封闭边界，由有序、有向边的集合； 边 是实体两个邻面的交界； 顶点 为边的端点，两条或两条以上边的交点。 A∩B运算得到的非正则点集 闭包 悬边 欧拉公式：欧拉公式用来检验形体的合法性和一致性。 正则形体欧拉公式： V – E + F = 2 如：长方体V=8、E=12、F=6，则8－12+6=2。 封闭多面体分割成B个独立多面体： V – E + F – B= 1 如B=6、V=9、E=20、F=18，则9 – 20 + 18 – 6=1。 有孔洞形体： G为穿透孔数，L为所有面上内环数 V – E + F – L=2（B – G） 如下图c ，则：16-24+11-1=2 (1-0) 5.2 三维几何建模技术 1、线框建模