模具CAD基本技术课件

第二章模具CAD基本技术本章概述CAD/CAM技术的核心是计算机图形处理与建模技术，是进行计算机辅助设计与辅助制造的基础，本章将主要介绍计算机图形处理与建模技术的基本原理和方法。教学目标1.学习计算机图形处理技术。2.熟悉几何造型的特点3.掌握装配设计技术。第二章模具CAD基本技术本章概述第二章模具CAD基本技术2.1CAD系统的技术构成2.2计算机图形处理技术2.3

几何建模与特征建模2.4

装配设计技术2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术第二章模具CAD基本技术2.1CAD系统的技术构成2.1CAD系统的技术构成CAD系统一般是由许多功能模块组成的，各功能模块既相互独立工作，又相互传递信息，形成一个协调有序的系统，这些功能模块一般包括:a.图形处理模块。此模块专供用户进行零件的二维图形的设计、绘制、编辑以及零部件装配图的绘制、编辑。b.三维几何造型模块。此模块为用户提供一个准确、完整地描述和显示三维几何形状的方法和工具，它具有着色、消隐、浓淡处理、实体参数计算、质量特性计算等功能。下一页返回2.1CAD系统的技术构成CAD系统一般是由许多功能模块组2.1CAD系统的技术构成

c.计算机辅助工程模块。此模块包含许多各自独立的子模块，如有限元分析模块，优化方法模块等。利用有限元分析模块可以进行结构件的力学、动力学和温度场分析，流体的流行特征分析等;而优化方法模块是将优化技术用于工程设计，综合多种优化计算方法，求解设计模型。

d.数据库模块。此模块执行对CAD系统进行数据处理与管理的功能。在利用CAD系统进行产品设计的过程中，会产生大量的数据，也需对这些数据进行一些计算处理。这些数据中有静态的数据，如标准设计数据、标准图形文件等;也有动态的数据，如设计过程中的数据。对这些数据如何描述，如何管理，就是此模块的范畴。上一页下一页返回2.1CAD系统的技术构成c.计算机辅助工程模块。此模块2.1CAD系统的技术构成e.装配模块。装配模块可以完成从零件到部件或产品总成的三维装配，并可以建立产品结构的完整信息模型和产品的明细表，同时还可通过装配进行干涉检查(静态干涉检查)。f.机构动态仿真模块。此模块可根据机构的装配结构，求出各构件的重心、质量、惯性矩等物理特性，并可设定各构件的运动规律和参数，进行各类机构运动的仿真计算，并用三维真实感图形显示机构运动状态和运动干涉检查。

g.用户编程模块。它包括用户编程语言和图形库等。可以利用系统的此模块对CAD系统进行二次开发，提高CAD系统的用户化程序，充分发挥系统的性能和提高使用效率。上一页下一页返回2.1CAD系统的技术构成e.装配模块。装配模块可以完成从2.1CAD系统的技术构成

对不同的用户，所使用模块的侧重点不同，例如，对于使用CAD系统进行产品设计人员而言，他们的任务是如何利用CAD将产品快速合理设计出来，则其关心的重点是图形处理模块、三维几何造型模块、装配模块、计算机辅助工程模块、机构动态仿真模块的使用;而对于CAD系统的开发人员他们的关心重点是数据库模块、用户编程模块的开发使用，即进行CAD系统的二次开发。本课题从使用CAD系统角度出发，重点论述三维造型方法。上一页返回2.1CAD系统的技术构成对不同的用户，所使用模块的侧重2.2计算机图形处理技术计算机图形处理技术是CAD/CAM的重要组成部分。其发展有力地推动了CAD/CAM的研究与发展，为CAD/CAM提供了高效的工具和手段;而CAD/CAM的发展又不断对其提出新的要求与设想，因此，CAD/CAM的发展与计算机图形处理技术之间有着密不可分的联系。2.2.1图形处理的概念及分类计算机图形处理是利用计算机的高速运算能力和实时显示能力来处理大量的图形信息。它包含图形信息的输入、输出、显示，图形的生成、变换、编辑、识别，图形之间的运算与交互式绘图等多方面的内容。下一页返回2.2计算机图形处理技术计算机图形处理技术是CAD/CAM2.2计算机图形处理技术依据绘图设备的不同，计算机图形处理的方法可分为矢量法与描点法两种，分别与图形处理和图像处理相对应。在矢量法中，任何形状的曲线都是可以用首尾相连的直线逼近。绘图仪就是一种典型的矢量输出设备。描点法主要用于光栅扫描显示器中，它把显示器的屏幕分为有限多个离散点(称为像素)，每个离散点可有多种颜色，这样由像素组成的阵列便可描述不同的图像。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术依据绘图设备的不同，计算机图形处理2.2计算机图形处理技术

计算机图形处理系统按其工作方式可分为静态自动图形处理系统和动态交互绘图系统两种类型。静态自动图形处理系统是将图形编成绘图程序的系统，在绘图过程中不允许人工干预和修改。如果绘出的图形不符合要求，则需要手工在图纸上改动或是修改绘图程序。这种系统多用于设计图形比较成熟或对图形要求不严格、不需要对图形进行修改的情况。而对交互式CAD/CAM系统，尤其是对于新产品的设计，需要在设计过程中反复分析、计算、修改，则应采用动态交互式绘图系统来实现图形设计的实时编辑。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术计算机图形处理系统按其工作方式可2.2计算机图形处理技术2.2.2计算机图形处理系统的组成计算机图形处理系统由硬件和软件组成。硬件部分由计算机主机、外存储器(软盘、硬盘、光盘、磁带等)、输入设备(键盘、数字化仪、鼠标等)和输出设备(图形显示器、绘图仪等)组成。软件部分由图形软件、应用数据库及图形库、应用程序组成。图形软件通常分为三种:基本绘图指令软件、图形支撑软件和专用图形软件。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术2.2.2计算机图形处理系统的组2.2计算机图形处理技术2.2.3计算机图形处理技术与算法计算机图形处理相当复杂，涉及的许多技术与算法，概括起来，大致可分为图形生成技术、图形编辑技术、真实图形技术、虚拟现实技术以及科学计算的可视化技术等内容。下面主要介绍前面两种技术与算法。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术2.2.3计算机图形处理技术与算2.2计算机图形处理技术

1.图形生成技术与算法

(1)基于图形设备的基本图形元素的生成算法如光栅显示器生成直线、圆弧、规则曲线、封闭区域填充等。直线的生成常用DDA(DigitalDifferentialAnalyzer)法或Bresenham法，即根据直线的微分方程或斜率求解并绘制直线。(2)曲线曲面的生成方法一般规则曲线、曲面可按其参数方程生成。自由曲线曲面则需要由不规则的、离散数据加以构造，通常采用插值运算或曲线拟合法。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术1.图形生成技术与算法上一页下一2.2计算机图形处理技术

(3)布尔运算是几何建模中的核心算法，通过求交、并、差等运算将基本的几何体拼合成所需的任意复杂的物体。布尔运算的基础是几何运算。

(4)不同字体中、西文点阵表示以及矢量字符的生成中国制订了汉字代码的国家标准字符集。为了在终端显示器或绘图仪上输出字符，系统中必须装备相应的字符库。字符库中存储了每个字符的形状信息，分矢量型和点阵型两种。矢量型字符库采用矢量代码序列表示字符的各笔画，如AutoCAD中的图形文件定义的字符。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(3)布尔运算是几何建模中的核心2.2计算机图形处理技术

2.图形的编辑修改技术和算法

(1)图形裁剪由窗口观察图形，会产生这样的问题，即有哪些图形位于窗口之内，哪些图形位于窗口之外。在图形显示、输出时，位于窗口之内的图形可见;位于窗口之外的图形要被裁剪掉，为不可见。裁剪的对象是各类图形元素，如点、线段、曲线、多边形以及字符等。图形裁剪常用的算法有编码算法、矢量线段裁剪法、中点分割法。在裁剪对象中，点和直线是最基本的。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术2.图形的编辑修改技术和算法上一2.2计算机图形处理技术

(2)图形变换图形变换包括图形的比例缩放、对称变换、错切变换、旋转变换、平衡变换等内容。2.2.4图形变换对于计算机图形处理系统来说，不仅能用图形基元素的集合构成复杂的二维静态图形，而且还可以通过三维的几何体来定义零件的空间模型，并能使之围绕任一指定的轴旋转，以便从某一最有利的角度去观察它，对它进行修改。软件的这些功能是指基于图形变换的原理实现的，而图形变换是计算机图形处理的基本内容之一。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(2)图形变换图形变换包括图形的2.2计算机图形处理技术

1.窗口、视区变换(1)窗口与视区的概念窗口是用户图形域的一部分，它的作用是把用户最感兴趣的那部分图形取出，放在屏幕上或在屏幕的某一指定区域中显示出来。在二维图形中，窗口通常被定义为一矩形区域，它的大小和位置在用户坐标中用4个变量表示(如图2一3所示)。这4个变量分别表示窗口下角的坐标(W1，W3)和右上角点的坐标(W2，W4)。在矩形区域内的图形，计算机图形处理系统认为是可见的，而在矩形区域外的图形则被认为是不可见的。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术1.窗口、视区变换上一页下一页返2.2计算机图形处理技术

视区是一个与设备密切相关的概念，是指将窗口内的图形全部或部分地复制到图形输出设备上，如显示屏、绘图仪等。视区在屏幕上的显示大小与位置可通过4个变量(V1,V3)和(V2,V4)来表示，如图2一3所示。在计算机绘图过程中，显示屏上可以分布多个视区，以便从不同的角度去观察图形。窗口与视区可以多层嵌套，还可定义为圆形、多边形或其他异形窗口。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术视区是一个与设备密切相关的概念，2.2计算机图形处理技术

(2)窗口、视区变换视区的图形是从窗口内的图形复制来的，但两者的比例在绝大多数情况下是不相等的。要想准确地控制两者之间的大小关系，必须进行坐标变换。图2-4所示为窗口与视区交换示意，按照比例关系可以推导出上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(2)窗口、视区变换视区的图形是2.2计算机图形处理技术由上式可看出:a.视区不变，窗口缩小或放大时，显示的图形也相应放大或缩小;b.窗口不变，视区缩小或放大时，显示的图形也相应缩小或放大;c.视区纵横比不等于窗口的纵横比时，显示的图形也会有伸缩变化;d.窗口与视区的大小相同且坐标原点也相同时，显示的图形大小不变。可见，采用窗口技术可选取整体图形中的部分图形来进行处理，但要将窗口内的图形正确无误地从整体图中分离出来，还需应用图形的裁剪技术，即对落在窗口边框上的图形进行裁剪，仅保留窗口内的图形。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术由上式可看出:上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术

2.二维图形的几何变换在二维平面中，任何图形都可以认为是点的集合，图形变换的实质就是在保持坐标系不变的情况下改变组成图形的点的坐标值。(1)基本变换原理在二维空间，一个点通常是用两个坐标(x,y)来表示，写成矩阵形式为[x,y]或。在计算机图形处理过程中，点的坐标变换是通过变换矩阵来实现的。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术2.二维图形的几何变换上一页下一2.2计算机图形处理技术设变换矩阵,将点的[xy]与变换矩阵相乘，变

换后点的坐标记作[x’,y’]，有变换后新点的坐标为（Ax+Cy,Bx+Dy),其位置取决于变量A、B、C、D的值。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术设变换矩阵2.2计算机图形处理技术(2)基本变换类型二维图形的几何变换主要有比例变换、对称变换、错切变换、旋转变换和平移变换等几种基本类型。①比例变换当B=C=O，且A、D>0时，即

时，产生比例变换。a.恒等变换。当A=D=1时，[x’y’]=[xy]。这是比例变换的特例。b.位似变换。当A=D时，[x'y']=[AxAy]，即以相同的比例因子在X,Y两个坐标方向进行缩放。这也是比例变换的特殊情况。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(2)基本变换类型二维图形的几何变2.2计算机图形处理技术c.放大变换。当A,D>1时，[x'y'}=[AxDy]>[xY]d.缩小变换。当A,D<1时，[x'y'}=[AxDy]<[xY]e.不等比变换。当A不等于D时，图形在X,Y两处方向以不同的比例变换。②对称变换(反射变换、镜像变换)。当B=C=O，且A,D不全为正时，产生对称变换。a.关于Y轴的对称变换。A=一1,D=1时，b.关于X轴的对称变换。A=1,D=一1时，上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术c.放大变换。当A,D>1时，2.2计算机图形处理技术c.关于原点对称变换。A=-1,D=-1时，

③错切变换。当A=D=1,B,C不全为0时，产生错切变换。错切变换又可分为下面几种。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术c.关于原点对称变换。A=-1,D2.2计算机图形处理技术④旋转变换。当时，

时，产生绕坐标原点(0,0)旋转角度的变换。旋转角逆时针方向为正，顺时针方向为负。

⑤平移变换。动用2x2阶变换矩阵不能实现平移，计算机图形处理系统是通过齐次坐标来解决这一问题的。所谓齐次坐标是将一个n维分向量用n+1维的分向量来表示，因此，平移变换需要3x3阶矩阵，其变换矩阵M为上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术④旋转变换。当2.2计算机图形处理技术

(3)组合变换上面提及的变换方式都是一些特殊的情况，而通常情况下，计算机图形处理面临的图形是按任意的、不定的方式进行变换。解决这个问题的思路是将图形连续地进行多次基本变换，即进行所谓的组合变换。组合变换的矩阵也是由几个基本变换的矩阵按顺序相乘而得到。在进行组合变换时，变换顺序十分重要。如图2一5(a)所示的三角形，若先将其沿坐标原点旋转900，然后平移M=l0,N=0，变换后得到的图形如图2一5(c)所示。若将顺序颠倒过来，即先平移后旋转，则会得到如图2一5(b)所示的图形。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(3)组合变换上面提及的变换方式2.2计算机图形处理技术

3.三维图形的几何变换三维图形的几何变换是二维图形几何变换的简单扩展。对三维空间的点(x,y,z)，可用齐次坐标表示为(x,y,z,l)。因此三维空间几何图形变换矩阵M为4x4阶矩阵，即此矩阵可分为四部分，其中左上角部分产生三维比例、对称、错切和旋转变换;左下角部分产生平移交换;右上角部分产生透视变换;右下角部分产生全比例变换。三维空间几何图形变换后的点坐标可表示成上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术3.三维图形的几何变换上一页下一2.2计算机图形处理技术上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术上式中A,E,J分别控制图形在X,Y,Z坐标轴上的比例因子。若A=E=H=1,S不等于1，则S可使整个图形按同一比例放大或缩小。(3)对称变换下面介绍三维图形关于坐标平面对称变换的情况。①关于XY平面的对称变换，其变换矩阵为上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术上式中A,E,J分别控制图形在X,2.2计算机图形处理技术②关于YZ平面的对称变换，其变换矩阵为③关于ZX平面的对称变换，其变换矩阵为上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术②关于YZ平面的对称变换，其变换矩2.2计算机图形处理技术

(4)错切变换与二维图形类似，三维错切变换是指图形是按X,Y,Z三个方向同时错切变换。其变换矩阵为(5)旋转变换①绕Z轴旋转的变换矩阵，其变换矩阵为上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(4)错切变换与二维图形类似，三2.2计算机图形处理技术②绕X轴旋转的变换矩阵，其变换矩阵为③绕Y轴旋转的变换矩阵，其变换矩阵为上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术②绕X轴旋转的变换矩阵，其变换矩阵2.2计算机图形处理技术

(6)投影变换目前大多数CAD/CAM软件都具有根据三维图形生成工程图的功能。工程图中的各向视图也是通过变换矩阵而得，这种变换称为三面投影变换。下面介绍三种视图变换矩阵。①主视图的变换矩阵。取XY平面上的投影为主视图，只需将三维图形的全部Z坐标变为零，其变换矩阵为上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(6)投影变换目前大多数CAD/2.2计算机图形处理技术

②俯视图的变换矩阵。取XZ平面上的投影并展开与XY平面为同一个平面，为使俯视图与主视图间保持一定的距离，还应将其下移一个d值。因此，俯视图的矩阵实际上是一个投影、绕X轴旋转90°、沿Y方向平移得到的一个复合矩阵，即上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术②俯视图的变换矩阵。取XZ平面上2.2计算机图形处理技术③左视图的变换矩阵。与俯视图变换矩阵一样，左视图的变换矩阵也是一个复合矩阵，由一个投影矩阵、绕Y轴旋转90°矩阵和沿X方向平移矩阵复合而成，即上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术③左视图的变换矩阵。与俯视图变换矩2.2计算机图形处理技术

(7)透视变换在三维空间里，当以视点为投影中心，将三维物体投影于某投影平面时，便在该平面内产生三维物体的像，这就是透视投影，又称中心投影。

图2一6所示为透视投影示意。水平面A上有一个正方形abcd，在视点。与物体之间用一不通过。点的平面B切断视线，在平面B上所载得的图形a'b’c’d’即为透视变换所形成的像，平面B称为像平面。在透视投影图中，图形的大小与相互间的关系并不一定与原图完全一致。如原图中ad=be，由于be离视点较远，在透视图中b'c'<a'd'。除此之外，原来相互平行的ab与dc，在透视图中不再平行，而是两者的延长线可以相交于一点，该点称为消失点或灭点。当灭点位于坐标轴上时，称为主灭点。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(7)透视变换在三维空间里，当以2.2计算机图形处理技术2.2.5参数化与变量化绘图一个新型产品，从设计到定型，往往要经历反复的修改和优化;定型之后，还要针对不同的规格形成系列产品。这些都需要产品的设计图形能够随着结构尺寸的修改或规格系列的变化而自动生成。而早期的CAD系统设计出的工程图纸仅仅只是基本的几何图素的拼接，并没有包含图形内在的拓扑关系和尺寸约束，因而不能随意修改。近年来出现的参数化与变量化绘图可以有效地解决这一矛盾。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术2.2.5参数化与变量化绘图上一2.2计算机图形处理技术

1.参数化与变量化绘图的基本概念参数化绘图是指设计图形的拓扑关系不变，尺寸形状由一组参数进行约束。图2一8(a)所示为一图形参数化模型，它定义了各部分尺寸的参数变量名。通过修改参数变量值，可以得到如图2一8(b)所示的各种情况。因此，参数与图形的控制尺寸是一种显示的对应关系，不同的参数变量值驱动产生大小不同的几何形状。

变量化绘图是指设计图形的修改自由度不仅包括尺寸形状参数，而且还包括拓扑关系，甚至工程计算条件，修改余地更大，可变元素更多，设计结果受到一组约束议程的控制与驱动。因此，参数化绘图与变量化绘图在本质上是一致的，都是在约束的基础上驱动产生新的图形，不同的仅仅是约束自由度的范围。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术1.参数化与变量化绘图的基本概念2.2计算机图形处理技术

2.参数化绘图的实现方法(1)建立几何拓扑模型是参数化绘图的前提。根据设计图形的要求，利用CAD系统的草图器(Sketch)绘制草图并加以约束，建立几何拓扑模型。一些基于参数化设计的CAD/CAM软件，如Pro/Engineer。和UGII等，都提供了十分方.便的草图绘制工具。(2)进行参数化标注在几何拓扑模型的基础上，分析其结构特点和控制尺寸，标注参数变量。参数变量的值可以根据需要确定，也可以用默认值。但要注意的是，参数标注应与工程图纸上的标注一致。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术2.参数化绘图的实现方法上一页下2.2计算机图形处理技术

(3)推导参数表达式模型中的一些参数往往并不是独立的，经常会有一些关联，当其中一些参数发生变化时，另外一些参数也会随之一起变化。建立参数之间的表达式，可以有效地减少参数变量。

(4)编制程序将以上的分析结果编制成计算机程序，以备后用。3.变量化绘图的实现方法目前，实现变量化绘图的方法归纳起来主要有下面几种:整体求解法、局部求解法、几何推理法和辅助线求解法。上一页下一页返回2.2计算机图形处理技术(3)推导参数表达式模型中的一些2.2计算机图形处理技术2.2.6交互式绘图交互式设计是CAD的主要形式，它是指设计人员将设计构思输入系统，系统对构思加以描述、整理输出给技术人员;技术人员进行修改、补充后再输入到计算机，再由系统进行分析、判断，将结果输出;如此循环往复，直到设计满意为止的全过程。显然交互式设计需要交互式绘图系统的支撑环境，交互式绘图的过程可以分解为一系列基本操作，每个基本操作都可以完成一些特定的任务，归纳起来主要有定位、定量、选择、拾取和文本等五项任务。许多图形软件如AutoCAD都是交互式绘图软件。上一页返回2.2计算机图形处理技术2.2.6交互式绘图上一页返回2.3几何建模与特征建模

几何造型(又称几何建模)技术是20世纪70年代中期发展起来的一种通过刘算机表示、控制、分析和输出几何实体的技术，其实质就是以计算机能够理解的方式，对物体进行确切的定义，赋予一定的数学描述，再用一定的数拒结构形式对所定义的物体加以描述，从而在计算机内部构造出物体的模型。几何造型是CAD/CAM系统中的基础技术，几何模型是设计与制造的原始依据。几何造型过程中，对物体的描述和表达包含几何信息和拓扑信息两方面的内容。几何信息是指物体的形状及属性(如颜色、纹理等);拓扑信息则是指构成物体的各分量的数目及相互之间的连接关系。下一页返回2.3几何建模与特征建模几何造型(又称几何建模)技术是22.3几何建模与特征建模

根据造型空间的不同，可将几何造型分为二维造型和三维造型两类。按照对几何信息与拓扑信息的描述及存储方法的不同，三维几何造型又可分为线框造型、曲面造型和实体造型。随着CAD/CAM集成化程度的提高，对产品进行描述的工程信息量也越来越大，几何造型技术已经很难满足这种需要，因而在几何造型的基础之上，近年来又出现了一种新的造型技术—特征造型(又称特征建模)。目前，一些高档的商用CAD/CAM软件系统，如I一DEAs,UGB,Pro/Engineer等，都是基于特征造型的基础上开发出来的。下面主要介绍三维几何造型与特征造型。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模根据造型空间的不同，可将几何造型2.3几何建模与特征建模2.3.1线框造型

1.线框造型《WireframeModeling)的原理线框造型是CAD/CAM发展过程中应用最早，也是最为简单的一种造型方法。20世纪60年代，最初出现的线框造型技术仅仅局限在二维平面，用户需要逐点、逐线地构造模型，其目的是用计算机取代手工绘图。随着计算机图形变换理论的发展，三维线框造型系统才迅速发展起来。三维线框造型通过基本线素来定义产品的棱线部分而构成立体框架图。用这种方法生成的模型是由一系列的直线、圆弧、点以及自由曲线组成。关于线框模型的几何信息和拓扑信息的数据在计算机内部是以表结构的形式处理和存储的。如图2一9所示，线框模型的各元素按体、边、点的层次结构清晰地顺序排列。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.3.1线框造型上一页下一页返2.3几何建模与特征建模

2.线框造型的特点从图2一9所示的数据结构可以看出，线框模型的边与边之间没有关系，即没有构成面的信息。因此，线框模型不存在内外表面的区别，甚至在有些情况下，还会出现由于信息不完整而使图形存在多义性的可能，如图2一10所示。线框造型的优势在于因信息量少而使数据运算简单，所占存储空间小，并且对计算机硬件需求不高，容易掌握，处理时间短，具有‘良好的时间响应特性。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.线框造型的特点上一页下一页返2.3几何建模与特征建模2.3.2曲面造型曲面造型(SurfaceModeling)也称为表面造型，是通过对物体的各种表面或曲面进行描述的一种三维造型方法。曲面造型是CAD和计算机图形学中最活跃、最关键的学科之一，主要适用于表面不能用简单的数学模型进行描述的复杂物体型面，如汽车、飞机、船舶、水利机械和家用电器等产品的外观设计以及地形地貌、石油分布、山脉、云彩等物体的形状模拟。同样，曲面造型在模具CAD中起着举足轻重的作用，如在复杂塑料产品的造型、分型面的设计、开模等，都离不开曲面造型的应用。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.3.2曲面造型上一页下一页返2.3几何建模与特征建模

1.曲面造型的原理曲面造型时，先将复杂的外表面分解成为若干个组成面，然后根据一块块组成面定义出基本面素，最后利用合并、连接、修剪和延伸等方式将各基本面素拼接出物体表面，如图2一11所示。在计算机内部，曲面造型的数据结构仍为表结构，除了线框造型中的点表与边表之外，曲面造型的数据还提供了面素。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模1.曲面造型的原理上一页下一页返2.3几何建模与特征建模

2.曲面造型中的基本面素(1)平面(Plan)用三点定义一个平面，常用作剖切面，如模具开模时的分型面。图2一12(a)所示的图形即为平面。

(2)规则面(Ruledsurface)是指引导线为两条空间曲线，母线为直线，其端点必须沿引导线移动的曲面，如图2一12(b)所示。

(3)旋转面(Surfaceofrevolution)利用空间一条平面曲线绕与其不相交的任意空间轴线旋转而形成的曲面为旋转面，如图2一12(c)所示。

(4)柱状面(Tabualatedcylinder)将一平面曲线沿一垂直于该面方向移动某一距离而生成的曲面，如图2一12(d)所示。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.曲面造型中的基本面素上一页下2.3几何建模与特征建模

(5)贝赛尔(Bezier)曲面1962年，法国雷诺汽车公司的贝赛尔提出了以他自己名字命名的曲线、曲面造型方法，是一组空间输入点的近似曲面，并不一定通过点，不具备局部控制的功能。如图2一12(e)所示，定义的点并不全在曲面上。

(6)B样条曲面也是由一组输入点拟合的曲面，可以进行局部控制，如图2-12(f)所示。(7)(昆氏(Coons)曲面由封闭的边界曲线组成的曲面，如图2-12(g)所示。(8)圆角面(Filletsulfate)为两曲面间的过渡曲面，性质是B样条曲面，如图2一12(h)所示。(9)等距离面(OffsetSurface)形状相同而尺寸不同的一组曲面，如图2一12(i)所示。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模(5)贝赛尔(Bezier)曲2.3几何建模与特征建模

3.曲面造型的特点由于曲面造型增加了面素的信息，因而在提供三维实体的信息的完整性、严密性方面比线框造型更进了一步。曲面造型克服了线框造型的许多缺点，并且能够比较完整地定义三维立体的表面，所能描述的内容范围广。曲面造型可以实现消隐、着色、表面积计算、曲面求交、刀具轨迹生成及有限元网格划分等功能。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模3.曲面造型的特点上一页下一页返2.3几何建模与特征建模2.3.3实体造型

1.实体造型《SoldModeling)的原理实体造型是20世纪70年代后期逐渐发展完善起来的一种造型技术。实体造型的标志就是在计算机内部，以实体描述物体，它记录了实体全部的点、线、面、体的拓扑信息，是当代CAD技术发展的主流。由于该种造型方法可方便实现实体的消隐、剖切、有限元网格划分、数控加工刀具轨迹生成，并且具有‘着色、光照、纹理处理等功能，所以它在CAD/CAM领域以外也有广泛的应用，如广告、动画等。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.3.3实体造型上一页下一页返2.3几何建模与特征建模实体造型是利用一些体素通过布尔运算生成复杂形体的一种造型技术。其主要内容包含体素定义与描述和体素之间的布尔运算。体素的定义与描述有两种方法:一种为基本体素法;另一种为扫描法。基本体素如长方体、圆柱体，球体、锥体、圆环体等,如图2一13所示。由于这些体素形状简单，因而只需通过少量参数进行描述。如长方体通过长、宽、高、基点和方向来定义。复杂程度较高的零件可用多个基本体素进行布尔运算。布尔运算是一种集合运算方式，通过集合运算将两个或两个以上的实体生成新的实体—布尔模型(BooleanModel)。布尔运算有求并集、求交集和求差集三种运算方式。图2一14所示为基本体素的布尔运算示意。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模实体造型是利用一些体素通过布尔运算2.3几何建模与特征建模

扫描法是一种与二维系统密切结合的、常用于棱柱体或旋转体生成的一种实体生成方法。扫描方式运用该方法生成实体需要两个条件:一个是扫描截面;一个是扫描路径。根据扫描路径可将扫描分为平移扫描和旋转扫描两种方式，如图2一15所示。通过扫描变换可以生成某些用基本体素法难于定义和描述的物体模型。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模扫描法是一种与二维系统密切结合的2.3几何建模与特征建模

2.三维实体造型在计算机内部的表示方式

(1)边界表示法(B-Rep,BoundryRepresentat,ion)简称B一Rep法，首先在欧洲发展起来，并成为很多系统的基础。这些系统的基本设想是把物体定义为封闭的边界表面围成的有限空间，封闭边界用面的子集来表示，而每一个面又将通过边、边通过点、点通过三个坐标值来定义。因此，边界表示法强调的是形体外表的细节，详细记录了构成几何形体的所有几何信息和拓扑信息，其模型中的数据结构呈网状结构，如图2一16所示。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.三维实体造型在计算机内部的表2.3几何建模与特征建模

(2)构造立体几何法(ConstructiveSolidGeometry)构造立体几何法简称CSG法，它不是通过边界平面和边界线来定义实体，而是通过基本体素进行布尔运算来表示，所以该方法又称为体素构造法。这里要注意的是，一个物体可以通过不同的CSG结构来描述，如图2一16中的物体就有图2一18所示两种情况。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模(2)构造立体几何法(Const2.3几何建模与特征建模

(3)混合模式(HybridModel)为B-Rep与CSG两种方法的结合起来使用。虽然目前还没有清楚的界线将混合模式与纯B-Rep法或纯CSG法区分开来，但这种方法在CAD/CAM系统中却应用广泛。

上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模(3)混合模式(HybridM2.3几何建模与特征建模综前所述，B-Rep法侧重于面、边界，因此在图形处理上有明显的优点，尤其是探讨物体详细的几何信息时，边界表示法的数据模型可以较快地生成面线框模型或面模型。CSG法则强调过程，在整体形状定义方面精确、严格，然而不具备构成物体的各个面、边界、点的拓扑关系，其数据结构简单，无论是存储的数据量，还是程序量，CSG法均比B-Rep法简洁。所以有人在B-Rep法和CSG法的基础之上提出了一个新的设想，即在原来CSG树的结点上再扩充一级边界数据结构(如图2-20所示)，以便达到实现快速显示图形的目的。因此，混合模式可以理解为是在CSG系统基础上的一种逻辑扩展。在这种混合模式中，起主导作用的数据结构仍是CSG的二叉树结构，所以边界表示法中有一些优点，如便于局部修改等，在混合模式中仍然无济于事，而CSG法的所有特点则完全被继承在这种模式中。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模综前所述，B-Rep法侧重于面、边2.3几何建模与特征建模

3.实体造型的发展趋势随着CAD/CAM技术的应用范围不断扩大，实体造型技术也在不断发展。近几年关于三维实体在计算机内表达方法上有如下几种发展趋势。a.采用混合模式，如混合使用线框造型、曲面造型、实体造型，在实体造型又混合使用B-Rep法和CSG法;b.以精确表示形式存储曲面、实体模型;c.引入参数化、变量化的造型方法，以便产品设计过程中的修改;d.采用特征造型，实现CAD/CAM系统集成。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模3.实体造型的发展趋势上一页下一2.3几何建模与特征建模2.3.4特征造型特征造型被誉为CAD/CAM技术发展史上新的里程碑，它的出现和发展为解决CAD/CAPP/CAM集成提供了一种新的理论基础和方法。

1.特征的定义特征是一个综合概念，它作为“产品开发过程中的各种信息载体”，一方面包含了实体的几何信息和拓扑信息，另一方面还包含了产品在设计与制造过程的非几何信息，如材料信息、尺寸信息、形位公差信息、热处理信息、表面粗糙度信息和刀具信息等。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.3.4特征造型上一页下一页返2.3几何建模与特征建模

2.特征造型的框架特征造型通常由形状特征、精度特征、材料特征等组成。特征造型的框架结构如图2一21所示。其中，形状特征、精度特征和材料特征分别对应各自的特征库，从中获取特征描述信息。产品的数据库就建立在这些特征库的基础上，系统与数据库之间实现双向交流。造型后产品信息送入到产品数据库，并随着造型过程而不断修改，而造型过程中所需的参数则从库中查询。形状特征是描述产品的最基本特征，是特征造型的核心和基础。因此目前关于特征的分类方法大都是以形状特征为主进行的。常见的形状特征类型如图2一22所示。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模2.特征造型的框架上一页下一页返2.3几何建模与特征建模

3.特征表达及数据结构特征表达主要有两方面内容:一是表达几何形状的信息，一是表示属性或非几何信息。根据几何形状的信息和属性在数据结构中的关系，可分为集成表达和分离表达两种特征表达模式。前者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，而后者是指将属性信息表达在与几何形状信息分离的外部结构中。上一页下一页返回2.3几何建模与特征建模3.特征表达及数据结构上一页下一2.3几何建模与特征建模

4.特征造型的特点

a.特征造型使产品的设计工作不只是停留在底层的几何信息与拓扑信息上，而是建立在起点比较高的功能模型上。特征的引用不仅直接体现了设计意图，而且直接对应着加工方法.b.特征造型以计算机能够理解的和能够处理的统一产品模型代替传统的产品设计、工艺设计等，它使得产品设计与原来后续的各个环节并行展开，系统内部信息共享，实现了真正意义上的CAD/CAPP/CAM集成，且支持并行工程。c.有利于实现产品设计、制造方法的标准化、系列化、规范化，使得产品在设计时就考虑加工、制造要求，保证产品有较好的工艺性，可制造性，从而降低产品的成本。上一页返回2.3几何建模与特征建模4.特征造型的特点上一页返回2.4

装配设计技术

装配是整个机械制造过程的后期工作，将各种零部件经过正确的组织、定位以形成最终的产品。如何将零件装配成产品并达到所要求的设计装配精度，这是装配过程中所要解决的问题。在CIMS环境下，计算机辅助装配技术不仅能够提供指导装配操作的技术文件，并为扩大CAD/CAPP/CAM的集成范围提供了条件。另外，计算机辅助装配技术还能及时向产品设计的CAD系统反馈装配过程中的各种信息，便于用户详细地了解装配过程的每一个细节，满足并行工程的需要。下一页返回2.4装配设计技术

装配是整个机械制造过程的后期工作，将2.4

装配设计技术

CAD系统提供的装配功能不仅能快速组合零部件成产品，而且在装配中，可参照其他部件进行部件关联设计，并可对装配模型进行间隙分析、质量管理等操作。装配模型生成后，可建立爆炸视图，并可将其引入到装配工程图中;同时，在装配工程图中可自动产生装配明细表。本节主要介绍一般CAD系统中基本装配造型的实现及使用方法。上一页下一页返回2.4装配设计技术

CAD系统提供的装配功能不仅能快速组2.4

装配设计技术

2.4.1装配模型一个复杂产品可以看成由多个部件组成，每个部件又可根据复杂程度的不同继续划分为下一级的子部件，以此类推，直至零件。这就是对产品的一种层次描述，采用这种描述可以为产品的设计、制造和装配带来很大的方便。同样地，产品的计算机装配模型也可以表示成这种层次关系，如图2一25所示。上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.4.1装配模型上一页下一页返回2.4

装配设计技术

1.部件组成装配的基本单元叫部件(Component)。一个装配是由一系列部件按照一定的约束关系组合在一起的。部件是一个包封的概念，一个部件可以包含一个零件或一个子装配，甚至可以什么都不包含，也就是空部件。部件可以任意嵌套。部件既可以在当前的装配文件中创建，也可以在外部装配模型文件中创建，然后引用到当前文件中来。

2.根部件根部件(Rootcomponent)是装配模型的最顶层结构，也是装配模型的图形文件名。当创建一个新装配模型文件时，根部件就自动产生，此后引入该图形文件的任何零件都会跟在该根部件之后。注意，根部件不是一个具体零部件，而是一个装配体的总称。上一页下一页返回2.4装配设计技术

1.部件上一页下一页返回2.4

装配设计技术

3.基部件基部件(Basecomponent)是放到装配中的第一个部件，它和零件造型中的基特征非常相似。基部件不能被删除或者禁止，不能被阵列，也不能变成附加部件。它是装配模型的最上层部件，其后引用的各个零部件在装配树中都要依次向后排列。基部件在装配模型中的自由度为零，无须施加任何装配约束。因此，在装配模型中，它是默认不动的。

4.子装配子装配(Subassembly)本身也是装配。子装配是由一系列零件装配而形成的附属大于装配体的一种较小的装配体，它是装配模型中逻辑上附属于上层体系的一种零件组。在更高一层的装配中，它将作为一个部件被装配。合理地使用子装配对于大型装配有重要意义。上一页下一页返回2.4装配设计技术

3.基部件上一页下一页返回2.4

装配设计技术

5.装配树所有的部件添加在基部件上面，形成一个树状的结构叫做装配树。整个装配建模的过程可以看成是这棵装配树的生长过程，即从树根开始，生长出一个一个的子树枝(部件)，每个子树枝再生长出子树枝(子部件)，直至最后长出叶子(零件)。这样，在一棵装配树中就记录了零部件之间的全部结构关系，以及零部件之间的装配约束关系。用户可以从装配树中选取装配部件，或者改变装配部件之间的关系。6.部件样本在实际的设计中，一个零件有可能在装配模型中使用多次，这时可以对该零件制作多个拷贝，这样的拷贝被称为部件样本(Instance)，习惯上把部件样本的使用称为部件引用。上一页下一页返回2.4装配设计技术

5.装配树上一页下一页返回2.4

装配设计技术

2.4.2装配约束参数化的装配造型根据实际的装配过程建立不同部件之间的相对位置关系。一般通过装配约束、装配尺寸和装配关系式等手段将部件组织到装配中。装配约束是最重要的装配参数。有些系统把约束和尺寸共同参与装配的操作也归人装配约束。组件在装配过程中的定位有两种情况，即绝对定位与约束关系定位。前者是指按用户给定的位置来装配组件，与其他组件的位置没有关系。后者是指根据设计意图，通过指定新增加组件与已有组件的位置约束关系定位。通过约束关系定位实际上就是限制组件在装配中的自由度。上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.4.2装配约束上一页下一页返回2.4

装配设计技术

1.零件自由度分析刚体零件的运动自由度DOF(DegreeofFreedom)描述了零件运动的灵活性，自由度越大，零件运动越灵活。三维空间中一个自由零件的自由度是6个，即3个绕坐标轴的转动和3个沿坐标轴的移动，此时，该零件能够运动到空间的任何位置.上一页下一页返回2.4装配设计技术

1.零件自由度分析上一页下一页返回2.4

装配设计技术

2.装配约束类型在装配造型中经常使用的装配约束类型有下面几类:(1)贴合贴合约束是最常用的装配约束，它可以对所有类型的物体进行定位安装。使用贴合约束可以使一个零件上的点、线、面与另一个零件上的点、线、面贴合在一起。使用该装配类型时要求两个对象同类，例如，对于平面对象，它们共面且法线方向相反，如图2一27(a)所示;对于圆锥面，要求角度相等，并对齐其轴线，如图2一27(b)所示。上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.装配约束类型上一页下一页返回2.4

装配设计技术

(2)对齐使用对齐约束可以使两个零件产生共面或共线位置关系。当对齐平面时，使两个表面共面且法线方向相同，如图2一28(a)所示;当对齐圆柱、圆锥和圆环等对称实体时是使其轴线相一致，如图2一28(b)所示;当对齐边缘和线时，是使两者共线。

(3)角度该装配约束类型是在两个对象间定义角度尺寸，用于约束相配组件到正确的方位上。角度约束可以在两个具有方向矢量的对象间产生，角度是两个方向矢量的夹角。这种约束允许配对不同类型的对象，例如可以在面和边缘之间指定一个角度约束。上一页下一页返回2.4装配设计技术

(2)对齐使用对齐约束可以使两个零件产2.4

装配设计技术

(4)平行使用平行约束可以使两个零件上指定的线或平面生成平行联系，平行约束使一个零件上的线或面(有方向性)与另一个零件上的线或面(方向相同)实现平行对正。(5)正交该约束类型约束两个对象的方向矢量彼此垂直。(6)中心该约束类型约束两个对象的中心，使其中心对齐，如图2-29所示。上一页下一页返回2.4装配设计技术

(4)平行使用平行约束可以使两个零件上2.4

装配设计技术

(7)距离距离约束用于指定两个相配对象在三维空间的最小距离，此距离被称为偏移量。偏移量可以像尺寸一样被修改，它可以是正数，也可以是负数，还可以是00偏移量为0时该约束和贴合约束相同，也就是说，距离约束可以转化为贴合约束，而贴合约束不能转化为距离约束。(8)相切相切约束定义两个对象相切。注意这种方式和贴合是相近的，只是两个对象不要求完全一致重合，只要相切即可。

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(7)距离距离约束用于指定两个相配对2.4

装配设计技术

3.装配约束规划使用各种约束将会减少零件的自由度，每当在两个零件之间添加一个装配约束，它们之间的一个或多个自由度就被消除了。例如，贴合约束中的共点约束去除了3个移动自由度;共线约束去除2个移动和2个转动自由度;共面约束去除了1个移动和2个旋转自由度;对齐约束去除了1个移动和2个转动自由度等。上一页下一页返回2.4装配设计技术

3.装配约束规划上一页下一页返回2.4

装配设计技术

由装配约束的自由度分析可知，任意的单个约束形式都无法完全确定零件之间的关系。一般情况下，一个部件的定位往往需要添加几个约束，才能确定其位置。为了完全约束零件，必须采取不同的约束组合。在添加约束的过程中，要注意以下问题:a.优先使用平面约束;b.优先使用实体表面的约束;c.先后添加的约束不能矛盾;d.对称的情况下尽量泰考对称面。上一页下一页返回2.4装配设计技术

由装配约束的自由度分析可知，任意的单2.4

装配设计技术

2.4.3装配建模装配建模过程是建立零部件装配关系的过程。对数据库中已存的系列产品零件、标准件以及外购件可通过装配操作加入到装配体中。1.零件设计首先，构造装配体中的所有零件的特征实体模型。对较复杂的设计对象，建议根据功能或结构的不同特点，分多个文件进行零件模型的构造。对于一些通用的零部件，采用单独文件保存，以便在不同场合下以外部文件引用方式进行调用。上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.4.3装配建模上一页下一页返回2.4

装配设计技术

2.装配规划装配规划是装配建模中最关键的内容之一，规划结果将直接影响装配模型的建立。装配规划的主要步骤如下:(1)为新的装配模型取名(即创建根部件)。(2)分析确定基部件。(3)分析部件的引入顺序以及部件之间的约束方法(4)考虑是否建立子装配体(5)全面考虑模型的参数化方案上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.装配规划上一页下一页返回2.4

装配设计技术

3.装配操作在上述准备工作基础上，采用CAD系统提供的装配命令，逐一把零部件装配成装配模型。常用的装配操作有下面一些:(1)添加一般有两种添加方式，第一种是按绝对定位方式添加组件到装配，第二种是按装配约束方式添加组件到装配。绝对方式是在装配空间的绝对坐标系中指定一个点来安放部件，用户可以在以后再添加约束条件。上一页下一页返回2.4装配设计技术

3.装配操作上一页下一页返回2.4

装配设计技术

(2)删除从装配中删除部件。(3)替换用一个部件替换已添加到装配中的另一个部件。系统将保留原来零件的装配条件，并沿用到替换的零件上，使替换的零件与其他零件构成装配关系。(4)抑制与解除抑制抑制是在当前显示中移去部件，使其不执行装配操作。部件抑制后不在视区中显示，也不会在装配工程图和爆炸视图中显示。抑制部件不能进行干涉检查和间隙分析，不能进行重量计算，也不能在装配报告中查看有关信息。但这个操作可以节省时间和内存空间，对于大型装配比较有利。

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(2)删除从装配中删除部件。上一页下2.4

装配设计技术

需要注意的是，抑制部件并不是删除部件，部件的数据仍然在装配中存在，只是不执行一些装配功能，可以用解除抑制操作恢复部件原来的状态。(5)重定位重定位是重新指定一个部件的位置参考。(6)阵列部件阵列是一种在装配中用对应装配约束条件快速生成多个部件的方法。例如，要在法兰盘上装多个螺栓，可用装配约束条件先装其中一个，其他螺栓的装配可采用部件陈列的方式，而不必去为每一个螺栓定义装配条件。

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需要注意的是，抑制部件并不是删除部件，模具CAD基本技术课件2.4

装配设计技术

4.装配分析当完成产品的装配建模之后，可以对该模型进行一些必要分析，以便了解设计质量，发现设计中的问题。主要的分析包括装配干涉分析和物性分析。(1)装配干涉分析装配干涉是指零部件之间在空间发生体积相互侵入的现象，这种现象将严重影响产品设计质量，因为相互干涉的零件之间会互相碰撞，无法正确安装，因此在设计阶段就必须发现这种设计缺陷，并予以排除。对运动机构，碰撞现象更为复杂，因为装配模型中的构件在不断运动，构件的空间位置在不断发生变化，在变化的每一个位置都要保证构件之间不发生干涉现象。上一页下一页返回2.4装配设计技术

4.装配分析上一页下一页返回2.4

装配设计技术

5.装配管理和修改CAD系统一般都提供了图形窗口来管理装配树。在装配中，每个部件在装配树上显示为一个节点，使用装配图形窗口能清楚地表达装配关系，它提供了一种在装配中选择部件和操作部件的简单方法。因此，结合装配树和装配图形窗口，可以方便地对装配模型进行管理。上一页下一页返回2.4装配设计技术

5.装配管理和修改上一页下一页返回2.4

装配设计技术

2.4.4装配方法常用的装配方法分为3种。a.自底向上装配(Bottom-upAssembly)。从底层逐步向上装配，将每个零件加入到装配体中，这些零件已经设计完成，例如标准件、已存储的零件等;b.自顶向下装配(Top-downAssembly)。这是一种从装配到零件的设计过程，即在顶层产生一个装配，建立装配机构，逐步向下添加或设计新的几何体，产生新的子装配或部件;c.混合装配(MixingAssembly)。根据装配设计的需要，将自顶向下装配和自底向上装配混合运用的装配方法。在混合装配的过程中，可在两种方法之间任意转换，因此混合装配的方法具有更大的灵活性。上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.4.4装配方法上一页下一页返回2.4

装配设计技术

在此，我们主要介绍一下“自顶向下”的设计方法

1.“自顶向下”设计方法的含义在进行产品设计时，可采用“自底向上”和“自顶向下”的两种设计方法。两种设计方法各有所长，并各有其应用场合。例如，在开展系统化、标准化产品设计时，产品的零部件结构相对稳定，零件设计基础较好，大部分的零件模型已经具备，只需要补充部分设计或修改部分零件模型，这时，采用自底向上的设计方法就比较恰当。上一页下一页返回2.4装配设计技术

在此，我们主要介绍一下“自顶向下”的2.4

装配设计技术

2.“自顶向下”设计方法的实施步骤采用自顶向下的设计方法，首先要进行总体设计，然后将总体原则贯穿到所有的子装配或拿部件中。

一般而言，采用“自顶向下”的设计方法，需要经过下列基本步骤:(1)确定设计要求产品的设计要求，如产品的设计目的、产品的功能要求、必要的子部件、哪些设计可能变动、有无可参考的设计等，必须在设计前确定下来。这些要求一般会在设计指导书中申明。上一页下一页返回2.4装配设计技术

2.“自顶向下”设计方法的实施步骤上2.4

装配设计技术

(2)定义大致的装配结构这一步要把装配的各个子装配勾画出来，至少包括子装配的名称，形成装配树。每个部件可能来自一个已有的设计，或者仅仅包括定位基准面，甚至可以是一空部件，以便在随后的设计过程中逐步进行细化。这些结构是产品总设计师设计并维护的，其结果将公布给所有参加设计的人员。上一页下一页返回2.4装配设计技术

(2)定义大致的装配结构这一步要把装2.4

装配设计技术

(3)设计骨架模型每一个子装配都有一个骨架模型，用来在三维设计空间中确定部件的空间位置和大小、部件与部件之间的关系以及简单的机构运动模型等。骨架模型包含整个部件的重要的设计参数，这些参数可以被各个子部件引用，所以骨架模型是进行“自顶向下”设计的核心。(4)部件级设计与装配当获得所需要的设计信息以后，就可以着手具体的部件设计了。部件设计可以在装配环境中直接进行，采取由粗到精的策略，首先设计零部件的轮廓，暂时不考虑细节。也可以装配已经预先完成的零部件。上一页下一页返回2.4装配设计技术

(3)设计骨架模型每一个子装配都有一2.4

装配设计技术

(5)零件级设计在装配环境中采取特征造型的方法细化零件结构，修改零件尺寸。此时应注意零件级的参数化方案与全局参数化方案的协调关系。随着零件级设计的深人，可以继续在零部件之间补充和完善装配约束。(6)生成工程图。设计结束后，可以直接生成爆炸图、二维装配工程图及零件材料表。注意，以上第(4)步和第(5)步的设计工作是一个不断反复、不断细化的过程。用户需随时对装配模型进行分析，以便及时发现问题，及时修改设计。上一页返回2.4装配设计技术

(5)零件级设计在装配环境中采取特征模具CAD基本技术课件2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术在模具CAD/CAM系统的设计、分析、制造等过程中，都要查阅各种标准、规范等相关资料，并产生各个阶段的结果数据信息，包括图形和数据，既有静态数据，又有动态数据。这些数据信息如何进行处理和管理，直接影响CAD/CAM系统的应用水平。随着计算机技术的发展，CAD/CAM系统中的信息管理从文件模式发展为数据库模式。下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术在模具CAD/CA2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术2.5.1文件夹管理模式在早期的CAD/CAM系统中，数据量少，一般可以利用计算机语言本身的数据处理功能，采用数组形式存放数表，将数表直接编在程序中，但存在许多缺点。(1)占用内存太多由于整个数表都编在程序中，当执行此程序时，整个数表都被调入内存，导致暂时不用的数据占据了大量的内存，影响程序运行速度。(2)独立性差若一个数表被多个程序调用，那么，每个程序都要将此数表编入程序中，使程序间存在大量重复数据，造成程序和系统庞大。

上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术2.5.1文件夹2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术

(3)数据可修改性差当要对某个数据进行修改时，则必须修改相应的程序，使数据修改工作量大。

因此，在CAD/CAM系统中将数据直接编在程序中的方法仅用于数据较少，且单个程序调用的情况。文件管理模式是建立文件将数据和表格存在外存中，文件格式一般是ASCII的文本文件。每个文件都有名字作为标识，由文件系统管理，而文件系统包含在操作系统中，可以对文件进行查询、修改、删除等操作，当应用程序需要用到有关的数据时，可以通过读语句和相应的控制语句，通过读文件，将所需的数据读人。由于有文件系统进行数据管理，因此，应用程序与数据之间有一定的独立性，这样的一个数据文件可供多个应用程序(模块)调用，利用文件系统实现数据管理和传递的模式如图2一30所示。上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术(3)数据可修改2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术2.5.2数据库管理模式20世纪50年代后期至60年代后期，计算机主要采用文件系统进行数据管理，各种数据都是以各自独立文件的形式存储于硬盘，数据的存取则是通过应用软件按文件标识符(即文件名)或文件中的记录标识来完成。文件系统管理方式实现了以文件为单位的数据共享，在一定条件下，实现起来简单方便，不需要额外的软件投资，使用效率高。上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术2.5.2数据库2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术

1.数据库管理存在的问题(1)因为文件是对应于某一个固定的应用目的和程序而建立的，数据的个数和排列顺序均与要求一一对应，所以当应用程序为了其他应用目的而要改变数据的个数或排列顺序时，原先建立的文件就不能使用，必须重建文件，当文件的数据扩充或结构改变时，则相应地重建了文件，则原先设计的应用程序也要相应改编。(2)由于文件的专用性强，通用性差，因此，即使两个程序中所有的数据大部分相同，只是逻辑顺序或数据的个数不同，也要分别建成两个文件，这就增加了文件的数量，造成用同一数据的多次重复存储，浪费了存储资源。上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术1.数据库管理存2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术(3)对顺序文件在数据中检索数据时，必须将整个文件调入内存，而不能按所需记录或数据项把部分数据调入内存使用。

数据库技术通过数据库管理系统DBMS统一管理用户文件，能够解决数据冗余及数据一致性问题。另外，它把用户观念的数据逻辑结构从整体逻辑结构中独立出来，在用户数据的逻辑结构与数据存储结构之间插入一层整体逻辑结构，使数据存储结构的变化不影响数据的逻辑结构和应用程序，从而解决了数据的独立性问题，实现了数据的共享，并且完整性和安全性问题也都得到了相应的解决。上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术(3)对顺序文件在2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术

2.数据模型现实世界中的事物是彼此联系的，用来描述客观事物及其联系的模型叫数据模型，数据模型是数据库系统中的一个核心问题。由于数据模型不同，相应的数据库管理系统也就不同。(1)层次模型用树形结构来表示实体之间联系的模型叫层次模型，如关于冲压模具结(2)网络模型是以记录类型为结点的网络结构，如弹压卸料典型组合，如图2一33所示。构的层次模型。如图2一32所示。上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术2.数据模型上一2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术(3)关系模型用表格数据来表示实体和实体间联系的模型叫关系模型，如圆形标准凸模结构参数的关系模型，如图2一34所示。关系型数据库具有‘数据结构简单、符合工程习惯、数据独立性强及数学基础严密等优点，是目前数据库应用的主流，当今应用最普遍的数据库管理软件如FOXPRO,ACCESS,ORACLE等都是关系数据库管理软件。3.模具CAD/CADM系统数据库的特点(1)数据类型与数学模型多样性上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术(3)关系模型用表2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术

(2)图形数据的管理(3)动态数据的管理事务2.5.3产品数据管理技术当今世界任何企业要想在全球性经济竞争中取胜，最重要的一点是要具有快速的市场反应能力，这也是所谓“精益生产LP;、+敏捷制造AM”等现代企业管理思想的宗旨之所在，体现在企业生产上就是要有高效率。目前，能够解决这一问题的最为有效的方法就是采用并行工程模式，而产品数据管理技术PDM(ProductDataManagement)则是并行工程不可缺少的有机组成部分。它通过控制各种数据信息的流动、传递及共享，可以有效地把设计与制造联系在一起，使并行工程的优势最大限度地发挥出来。上一页下一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术(2)图形数据的2.5

模具CAD/CAM中的数据管理技术目前国际上流行的主要PDM产品有SDRC公司的Metaphase2.、3.x,EDS公司的IMANV3.4、5.0,PTC公司的Pro/Intralink和WinChill,IBM公司的PM,ComputerVision公司的Optegra,Sherpa公司的Sherpa等。上一页返回2.5模具CAD/CAM中的数据管理技术目前国际上流行的主图2一1二维线段裁剪时的几种情况返回图2一1二维线段裁剪时的几种情况返回图2-2窗口边框分割的九个区域返回图2-2窗口边框分割的九个区域返回模具CAD基本技术课件图2-3窗口与视区返回图2-3窗口与视区返回图2-4窗口与视区变换示意返回图2-4窗口与视区变换示意返回图2一5不同变换顺序产生的不同结构返回图2一5不同变换顺序产生的不同结构返回图2一6透视投影返回图2一6透视投影返回图2一7透视变换返回图2一7透视变换返回图2一8参数化绘图示意返回图2一8参数化绘图示意返回图2一9线框模型的数据结构返回图2一9线框模型的数据结构返回图2一10线框模型的多义性返回图2一10线框模型的多义性返回图2一11曲面造型返回图2一11曲面造型返回图2一12曲面造型中的基本面素返回图2一12曲面造型中的基本面素返回图2一13实体造型中常用的基本体素返回图2一13实体造型中常用的基本体素返回图2一14基本体素的布尔运算返回图2一14基本体素的布尔运算返回图2一15扫描法生成实体返回图2一15扫描法生成实体返回图2一16边界表示法的数据结构返回图2一16边界表示法的数据结构返回图2一17边的两次存储图返回图2一17边的两次存储图返回图2一18同一物体的两种CSG结构返回图2一18同一物体的两种CSG结构返回图2一19表示不同的算法的CSG结构返回图2一19表示不同的算法的CSG结构返回图2一20混合模式的数据结构返回图2一20混合模式的数据结构返回图2一21特征造型的框架结构返回图2一21特征造型的框架结构返回图2一22常见的形状特征类型返回图2一22常见的形状特征类型返回图2一23隐式与显示表达示意返回图2一23隐式与显示表达示意返回图2一24特征表达及数据结构返回图2一24特征表达及数据结构返回图2一25装配结构返回图2一