第三节 机械cadcam建模技术.ppt

第六章机械CAD/CAM建模技术 §1 几何建模概述 一、几何建模的概念 几何模型： Geometry Model 把三维实体的几何形状及其属性用合适的数据结构进行描述和存储，供计算机进行信息转换与处理的数据模型,是计算机表示的几何模型 包含了三维形体的几何信息、拓扑信息以及其它的属性数据 点模型，线模型。面模型，实体模型 几何建模： Geometry modeling 计算机及其图形系统来表示和构造形体的几何形状，建立计算机内部模型的技术、方法 几何建模技术的发展过程 线框模型（Wireframe Model） 60年代 二维工程图的直接、简单拓展 仅包含物体的顶点和棱边的信息 表面模型 线框模型的基础上增加了面的信息 使构造的形体能够进行消隐、生成剖面和着色处理。 70年代初 曲面模型 能够用于各种曲面的拟合、表示、求交和显示 实体模型 包含较完整的形体几何信息和拓扑信息 70年代末 特征造型技术 特征是在更高层次上表达产品的功能和形状信息， 包含了工程语义的几何形状 80年代末 几何信息： 一般是指形体在殴氏空间中的几何元素的形状、位置和大小以及几何元素之间的数值关系如距离、角度。 几何元素：点、线、面 拓扑信息： 几何元素的类型：直线/曲线，平面/曲面,，规则曲面/自由曲面 几何元素的数量： 几何元素间的连接关系：相邻的面，公共的边，公共的点 非几何信息 零件的物理属性，如零件的质量、材料，性能参数 工艺属性：公差、加工粗糙度和技术要求等信息。 为了满足CAD/CAPP/CAM集成的要求，非几何信息的描述和表示显得越来越重要，是目前特征建模的基础 形体的表示 体 体是由封闭表面围成的有效空间 （封闭，不自交） 壳 壳是构成一个完整实体的封闭边界，是形成封闭的单一连通空间的一组面的结合。一个连通的物体有一个外壳和若干个内壳构成。 面 面由一个外环和若干个内环界定的有界、连通的表面。面有方向性，一般用外法矢方向作为该面的正方向 环 环是面的封闭边界，由有序、有向边的组合。环不能自交，且有内外之分。确定面的最大边界的环叫做外环，而确定面中孔或凸台周界的环叫做内环。 边 边是实体两个邻面的交界，一条边有两个顶点，分别称为该边的起点和终点，边不能自交。 顶点 顶点是边的端点，为两条或两条以上边的交点。顶点不能孤立存在于实体内、实体外或面和边的内部。 §2 三维几何建模技术 一、线框模型 线框模型的数据结构由一个顶点表和一个棱边表组成，棱边表用来表示棱边和顶点的拓扑关系，顶点表用于记录各顶点的坐标值 线框模型的特点 优点： 数据结构简单，信息量少，占用的内存空间小，对操作的响应速度快 通过投影变换可以快速地生成三视图，生成任意视点和方向的透视图和轴侧图，并能保证各视图间正确的投影关系 学习方便 缺点： 缺少面与边、面与体等拓扑信息，形体信息的描述不完整，容易产生多义性 不能进行消隐、不能产生剖视图、不能进行物性计算和求交计算 §2 三维几何建模技术 表面模型的数据结构是在线框模型的基础上增加了面的有关信息和连接指针 增加了面表结构。面表包含有构成面边界的棱边序列、面方程系数以及表面是否可见等信息 。 表面模型增加了面、边的拓扑关系，因而可以进行消隐处理、剖面图的生成、渲染、求交计算、数控刀具轨迹的生成、有限元网格划分等作业 。 常见的曲面构造方法 5）扫成面 扫成面可以有如下三种构造方法： ①用一条剖面线沿一条基准线平行移动而构成曲面，图4-10e； ②用两条剖面线和一条基准线，使一条剖面线沿着基准线光滑过渡到另一条剖面线所形成的曲面，图4-10f； ③用一条剖面线沿两条给定的边界曲线移动，剖面线的首、末点始终在两条边界曲线对应的等参数点上，剖面形状保持相似变化，图4-10g。 6）圆角面 即圆角过渡面，可以是等半径，亦可变半径，图4-10h； 7）等距面 是将原始曲面的每一点沿该点的法线方向移动一个固定的距离而生成的曲面。在使用球头铣刀进行数控加工时，球头铣刀中心的运动轨迹就是加工曲面的等距面。 §2 三维几何建模技术 实体建模的概念 实体建模（Solid Modeling）不仅描述了实体的全部几何信息，而且定义了所有点、线、面、体的拓扑信息。 几何形体的表示方法 边界表示法、构造实体几何表示法、扫描表示法、空间单元表示法等 1、边界表示法---实体模型表示的数据结构 翼边数据结构, 72年斯坦福大学B. G. Baungart 博士论文 边界表示模型的优缺点 通过显式表示物体的边界，支持对物体的边界的操作，访问，修改 数据结构呈网状关系，其内部结构和关系与三维实体生成的方法和过程是无关的； 支持局部操作：负操作（孔），扭变操作，对称操作，倒角，圆角，粘合。其它模