产品造型与设计II实用教案

1、2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计1本讲内容本讲内容(nirng)形体的定义形体表示形式特征造型(zoxng)技术第1页/共52页第一页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)2造型发展的几个造型发展的几个(j )阶段阶段 线框模型 曲面模型 实体造型 特征造型 参数(cnsh)化 变量设计第2页/共52页第二页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计3线框模型线框模型(mxng)第3页/共52页第三页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技

2、术(jsh)产品造型与设计4线框模型线框模型(mxng)第4页/共52页第四页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计5线框模型线框模型(mxng)讨论讨论第5页/共52页第五页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计6曲面模型曲面模型 Surface Model 基本思想 采用空间(kngjin)的曲面来表示物体的外表面第6页/共52页第六页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)7曲面模型讨论曲面模型讨论(toln) 优势 能够以线框、消隐、真实感绘制等方

3、式显示设计模型，具有很好的显示特性 在图形仿真等领域仍然被广泛采用 问题(wnt) 诸如体积、重心等几何特性不易表达 应用 实体造型系统中采用曲面模型技术协助完成复杂实体表面的造型第7页/共52页第七页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计8实体模型实体模型 Solid Model 显示类型丰富 区分模型与模型的显示方式 能够(nnggu)表示形体的各种几何、拓扑信息 现代设计系统中的主要表达形式 进一步分析的基础 有限元分析等 机械设计自动化（MDA）的基础第8页/共52页第八页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技

4、术产品造型与设计(shj)9三维模型三维模型(mxng)的转化的转化 相应的产品信息表达层次不断提高(t go) 不同模型在需要的情况下可以进行转化 实体模型曲面模型 曲面模型线框模型 逆向转化困难 包含的产品信息量第9页/共52页第九页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计10三维数字化产品三维数字化产品(chnpn)建模建模 工程设计的重要环节 早期以几何建模为主 完整产品信息模型(mxng) 产品整个生命周期中各个过程所需要的信息，如设计过程、工艺规划、加工过程等 产品数据的集合各类数据的表达方式以及相互间的关系 产品信息模型(mxng)包

5、括 零件模型(mxng)底层的几何拓扑信息 产品的加工和非加工特征信息,第10页/共52页第十页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计11几何造型系统产品几何造型系统产品(chnpn)信息模型不足信息模型不足 产品数据不完备(wnbi) 只涉及产品的几何形状数据 而反映设计意图和工艺要求的信息没有表达 如公差、粗糙度、材料、热处理等 难以满足产品数据交换和信息集成的需要 数据的抽象层次低 只用低层次的几何、拓扑信息来表达零件信息 不能提供高层次的概念实体 不利于工程设计的数据表达 第11页/共52页第十一页，共53页。2021年12月17日星期五计算

6、机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)12几何几何(j h)造型系统产品信息模型不足造型系统产品信息模型不足 Shah & Mntyl, 1995 Microscopic Data most engineering tasks deal with macroscopic entities (e.g., holes, slots)，not microscopic data (e.g., edges, faces, curves) Lack of Design Intent this makes it difficult to edit geometry (not knowing

7、 what it is there for.) Single Level Structure there is only one level of detail: ALL the detail! Tedious Construction第12页/共52页第十二页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)13基于特征的零件信息基于特征的零件信息(xnx)建模技术建模技术 采用具有工程意义(yy)的特征作为基本构造单元 使整个信息模型具有丰富的语义 并提供高层次的产品信息, 完整、全面地描述产品信息模型 是现代CAD系统普遍采用的技术 特征建模既继

8、承了几何建模的优点 又弥补了其存在的种种缺陷第13页/共52页第十三页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计14特征特征(tzhng)建模与几何建模建模与几何建模 相互联系 几何建模提供了面向几何的产品信息的表现形式 特征建模提供了连接(linji)工程知识和几何信息的工具 特征向下细分需要几何建模提供产品的几何形状信息 向上则反映工程语义的高层次信息 基于特征造型的产品设计方法是随着 CAD/CAM一体化要求而产生的，是建立在实体造型方法基础之上，更适合于计算机集成制造系统的产品设计方法第14页/共52页第十四页，共53页。2021年12月17

9、日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)15特征建模的信息特征建模的信息(xnx)模型模型着重表达产品的完整技术和生产管理信息不单纯注重产品几何描述问题保留各功能形素的原始(yunsh)定义和相互依赖关系避免设计和制造信息不连贯特征造型用统一产品模型替代传统设计中的成套图纸和技术文档，使产品设计和生产准备各环节得以并行展开第15页/共52页第十五页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)16特征特征(tzhng)建模的形体要求建模的形体要求基准特征基准点、中心线、局部坐标系配合面、支撑面、定位面和基准面等引入非流形和非规则

10、(guz)集合扩展欧拉操作范围第16页/共52页第十六页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计17特征特征(tzhng)建模的操作对象建模的操作对象操作对象是产品的功能形素如螺纹孔、定位孔、键槽和凸台等不再是实体造型采用的原始的线条(xintio)和体素需要采用局部操作和尺寸驱动技术使用新的数据结构和新的特征组合算法第17页/共52页第十七页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计18特征建模与设计特征建模与设计(shj)意图意图特征的引用直接体现(txin)了设计意图产品模型易于理解节省产品设计时间

11、推动产品设计与工艺设计规范化加强了产品设计与后续部门如分析、工艺准备、加工、检验各部门的联系及时进行反馈第18页/共52页第十八页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计19特征特征(tzhng)的定义的定义Feature Factura “making，formation”描述产品信息的集合不同行业、不同条件下定义差别很大不断(bdun)发展的一个概念特征是有一定拓扑关系的一组实体体素构成的特定型体，它还包括附加在型体之上的工程信息，对应于零件上的一个或多个功能，能够被固定的方法加工成型第19页/共52页第十九页，共53页。2021年12月17日

12、星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)20特征特征(tzhng)的定义的定义Shah et al., 1988A Features represents the engineering meaning or significance of the geometry of a part or assembly.特点(tdin)physical constituent of a part.mappable to a generic shape.has engineering significance.has predictable properties.第20页/共52页第二十

13、页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计21特征特征(tzhng)的分类的分类形状特征Form Feature装配(zhungpi)特征Assembly Feature精度特征Precision Feature材料特征Material Feature分析特征Analysis Feature补充特征Additional Feature第21页/共52页第二十一页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计22形状形状(xngzhun)特征特征Form Feature描述某一个具有一定工程意义的几何形状(xn

14、gzhun)信息其他非几何信息的载体非几何信息作为属性或约束附加状于形状(xngzhun)特征主特征构造零件的主要形状(xngzhun)结构辅特征对主特征的局部进行修饰正特征、负特征、修饰特征第22页/共52页第二十二页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)23装配装配(zhungpi)特征特征Assembly Feature用于表达零件的装配关系(gun x)以及装配过程中所需的信息模型替代、包封、边界盒装配过程中生成的形状特征：如配钻等与形状特征合称为造型特征实际构造产品外型的特征第23页/共52页第二十三页，共53页。2021年12月

15、17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计24面向过程面向过程(guchng)的特征的特征精度特征用于描述几何形状和尺寸的许可变动量或误差尺寸公差、形状公差、表面粗糙度等材料特征描述材料的类型与性能以及材料处理等信息(xnx)机械物理化学等特性及热处理方式与条件等第24页/共52页第二十四页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计25面向过程面向过程(guchng)的特征的特征分析特征、技术特征用于表达零件在性能分析时所使用的信息(xnx)有限元网格划分补充特征、管理特征表达与以上无关的一些产品信息(xnx)描述零件设计的编码等管理信息(x

16、nx)第25页/共52页第二十五页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计26形状特征形状特征(tzhng)几何形状几何形状通道(tngdo)凹陷凸起n过渡n面域n变形第26页/共52页第二十六页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)27形状形状(xngzhun)特征几何形状特征几何形状(xngzhun)通道与已存在形状特征在两端处的被减体凹陷与已存在形状特征交与(jio y)一端的被减体凸起与已存在形状特征交与(jio y)一端的被加体第27页/共52页第二十七页，共53页。2021年12月1

17、7日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计28形状特征形状特征(tzhng)几何形状几何形状过渡相交部分的平滑过渡区域面域定义已存在形状(xngzhun)面上的二维要素变形折弯等变形操作第28页/共52页第二十八页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计29特征特征(tzhng)表示表示显示与隐式总体表示形式特征标识特征名位置与方向(fngxing)几何要素轮廓线主参数第29页/共52页第二十九页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计30特征特征(tzhng)形成规则形成规则 形状特征(tzhng)

18、 局部生成特征(tzhng) 全局定位特征(tzhng)第30页/共52页第三十页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计31局部生成局部生成(shn chn)特征特征抽象的特征隐式表示方法规定了某一特征的具体生成方法包括拉伸规则过渡(gud)规则形变规则组合规则复合规则第31页/共52页第三十一页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计32局部生成局部生成(shn chn)特征特征拉伸规则特征的局部形状通过空间一轮廓线沿空间一曲线扫描而成分为线性拉伸、环形拉伸、广义拉伸与形变(xngbin)因子拉伸过

19、渡规则为了实现两个面的光滑连接形成的形状包括面过渡、边过渡、顶点过渡光滑过渡、平面过渡第32页/共52页第三十二页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计33局部局部(jb)生成特征生成特征形变规则反映形体局部形变而形成的特有局部形状弯曲、扭曲组合(zh)规则同一特征按一定组合(zh)关系多处出现在原有形体的表面线性组合(zh)、阵列组合(zh)、环形组合(zh)复合规则不同特征按一定复合关系组成高层复杂形状第33页/共52页第三十三页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)34全局全局(qunj

20、)规则规则用于确定特征的局部形状在整个形体中的相对位置(wi zhi)组合通过局部规则生成的孤立局部形状过渡规则与形变规则通过需要过渡的体素以及发生形变的区域来定位拉伸规则第34页/共52页第三十四页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计35全局规则全局规则(guz)拉伸规则拉伸规则(guz)定位定位拉伸体正负规则特征生成后新形体相对于原形体体积(tj)是否增加和减少边界融合规则拉伸体端面与原形体的融合条件自由融合：拉伸结束后简单粘合合并融合：继续作形体延伸第35页/共52页第三十五页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(c

21、hnpn)造型与设计36全局全局(qunj)规则拉伸规则定位规则拉伸规则定位拉伸终止规定拉伸终止条件内定终止规则由用户规定拉伸度量，如孔的长度外定终止规则通过规定于原形体(xngt)有关的条件来确定拉伸的终止条件第36页/共52页第三十六页，共53页。第37页/共52页第三十七页，共53页。第38页/共52页第三十八页，共53页。第39页/共52页第三十九页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计40(Shah & Mntyl, 1995)1. Geometry from Features (GfF)e.g., for Part Desig

22、n2. Features from Geometry (FfG)e.g., for Manufacturing PlanningTwo Ways of Using Features第40页/共52页第四十页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)41使用特征使用特征(tzhng)的两种途径的两种途径 Shah & Mntyl, 1995 Geometry from Features (GfF) e.g., for Part Design Features from Geometry (FfG) e.g., for Manufactur

23、ing Planning第41页/共52页第四十一页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计(shj)技术产品造型与设计(shj)42使用使用(shyng)特征的两种途径特征的两种途径第42页/共52页第四十二页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品(chnpn)造型与设计43特征特征(tzhng)互作用问题互作用问题第43页/共52页第四十三页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计44特征互作用特征互作用(zuyng)问题问题第44页/共52页第四十四页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术

24、产品(chnpn)造型与设计45特征特征(tzhng)识别识别第45页/共52页第四十五页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计46典型典型(dinxng)系统系统Pro/E 特征树 所有零件（part）都是特征的集合 记录组成零件的所有特征的类型及其相互关系 基特征（Base） 最早建立(jinl)的特征，其余均为子特征 可以是主特征和基准特征 区分主、辅特征以及基特征与子特征第46页/共52页第四十六页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计47典型典型(dinxng)系统系统Pro/E第47页/共52页第四十七页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术(jsh)产品造型与设计48典型典型(dinxng)系统系统Pro/E基本关系邻接关系依附于共同的父特征父子关系存在依附关系删除(shnch)父特征同时删除(shnch)子特征第48页/共52页第四十八页，共53页。2021年12月17日星期五计算机辅助设计技术产品