模具CADCAM软件开发基础(计算机辅助设计与制造)

2CAD/CAM软件开发根底2.5CAD/CAM建模技术在模具CAD/CAM系统中，必需要描述产品或零件的几何信息、物理信息、功能信息、工艺信息、运动学信息等，描述的过程就是CAD/CAM的建模过程，马上产品或零件的各种信息定义成计算机内部表示的数学模型和数字信息。目前，模具CAD/CAM系统中主要用模。几何建模与特征建模几何建模几何建模〔GeometricModeling〕是对产品几何信息的处理，几何建模的方法是以几何信息和拓扑信息反映构造体的外形、位置、表现形式等数据构造。扑信息。2-249种拓扑关系：面与面的连接关系，即面与面相邻性〔图2-24a〕。面与顶点的组成关系，即面与顶点包含性〔图2-24b〕。面与棱线的组成关系，即面与棱线包含性〔图2-24c〕。顶点与面的隶属关系，即顶点与面相邻性〔图2-24d〕。顶点与顶点间的连接关系，即顶点与顶点相邻性〔图2-24e〕。顶点与棱线的隶属关系，即顶点与棱线相邻性〔图2-24f〕。棱线与面的隶属关系，即棱线与面相邻性〔图2-24g〕。棱线与顶点的组成关系，即棱线与顶点包含性〔图2-24h〕。棱线与棱线的连接关系，即线与边棱线相邻性〔图2-24i〕。在计算机中常承受链表的数据构造记录几何信息和拓扑信息，即建立顶点表、棱线表映了构造体的面与棱线、面与顶点之间的邻接关系，面表中存放有定义每个面的顶点序号，棱线序号及面的前后指针。特征建模随着信息技术的高速进展及计算机应用领域的不断扩大CAD／CAM系统提出了更高的要求，特别是进展到计算机集成制造〔CIMS〕阶段，需要将产品的需求分析、设语义，所以特征建模技术应运而生。特征的概念源于对零件几何要素的归纳，以零部件的设计自动化为目的，将产品的零程设计、数控加工自动编程相结合，提出了面对制造的设计〔DFM〕概念。随之特征的概且在商品化的CAD／CAM计阅历、零件的受力分析、物理性能验算、几何造型、工艺可行性评价、装配性分析等综合CAD系统体系构造、特征的自我完善机制、产品在生命周期设计中的特征描述等方面作了大量争论，取得了丰硕的成果，推动了特征建模技术的进展。线框建模线框建模是几何建模技术中应用最早、最简洁的一种建模技术。线框建模的原理三维映像，还可以实现视图变换及空间尺寸的协调。图2-25a〕即为四周体的三维线框图，该四周体由6条棱边来定义，每一条棱边由两个顶点的坐标值定位。其规律构造如b〕图所次清楚地记录在顶点表及棱线表中。c〕表和d〕表即为四周体的顶点表、棱线表。表中完物体线框模型的全部信息。线框建模的特点四周体四周体23432332)24)2344)22 2 23 3 34 4 4线框建模的描述方法所需信息少，数据运算简洁，所占的存贮空间较小，对硬件的要求不高。通常，线框建模用来表示二维图形信息，例如工厂或车间布局、运动机构的模拟，结果。线框建模有其局限性：一是线框建模的数据模型规定了各条边的两个顶点以及各个顶真实外形，但是对于曲面体，只表示物体的棱边就不够准确。如图2-26所示的圆柱体，就的实体模型，只有离散的边，而没有边与边的关系，即没有构成面的信息间的交线，这也给物体的几何特性、物理特性的计算带来困难。外表建模在模具CAD／CAM或解析方程描述时，就可以承受外表建模的方法。外表建模的原理外表建模是在线框模型的数据构造根底上，增加面的有关信息及联接指针，通过对实2-27a〕所示的四周体，与图2-25线框建模相比，其规律构造b〕图发生了变化，除了给出表和棱线表外，还供给了面表〔图2-27c〕〕，表中记录了面号，组成面素的棱线数及棱线号及面的前后指针。a〕四周体的外表模型 b〕四周体规律构造图外表号外表号组成棱线面循环链表前指针面循环链表后指针F1E1EEEEEEE25EEEE30F2F226F1F3F3346F2F4F4145F30外表建模的特点

c)四周风光表2-27外表模型建模原理示意图43323242343323242323图a)四周体的开放图及其有向边的定义棱线号起点终点左面号右面号E1EEEEEV1VVVVVVVVVVV2F4F1棱线循环链表前指针0棱线循环链表后指针1EEEEE2223F2F1EEEEE3313F1F324414F3F435524F4F246634F2F350外表建模也有其局限性，由于缺乏面、体间的拓扑关系，所描述的仅是实体的外外表，定性同样会给物体的质量特性分析带来问题。实体建模线框建模和外表建模在完整、准确地表达实体外形方面各有其局限性，要想唯一地构造实体的模型，还需承受实体建模的方法。实体建模的原理b〕四周体棱线表外表号外表号组成棱线前趋后趋F1-E1-E2+E+E30F2F2+E2-E56F1F3F -E +E -E F F3 3 4 6 2 4F4+E1-E4+E5F30c)四周风光表2-28实体模型建模原理示意图实体建模在外表建模的根底上，规定了外表完整的拓扑关系。实体建模是在计算机内四周体为例。将四周体开放如图2-28a〕所示，为了计算机能够识别外表的矢量方向，将组成外表，得到图2-28b〕所示的棱线表。外表的外法线方向是的，依据外法线方向用右手法则判定构成该外表的边的“正负”，假设定义的边的方向符合右手定则，则这条边对于该面为“正”，否则为“负”，得到如图2-28c〕所示的面表。由于物体的任一条边线总是两个面的EF1

平面为“正”，对F1

平面为“负”。因此，对图2-25a〕、2-27a〕所示的四周体，实体建模的数据构造如图2-28所示，其顶点表还是如图2-25c〕所示，没有变化，但棱线表扑关系的描述更加严格。实体建模的特点实体建模的特点在于掩盖了三维立体的外表并与其实体同时生成方法，也是CAD／CAM系统的核心技术。实体模型的表示方法(Sweep)(CSG)(B—rep)、混合表示法等。扫描变换法(Sweep)扫描变换法是一个二维轮廓或三维形体沿肯定的轨迹运动扫描得到的三维形体。常用的扫描方法有：平移扫描〔2-29〕、旋转扫描〔2-30〕、刚体扫描〔2-31〕。2-29平移扫描变换2-30旋转扫描变换2-31刚体扫描变换构造的几何体素构造法CSG构造的几何体素构造法CSG〔ConstructiveSolidGeometry〕是用根本几何体素通过布尔运算进展组合，得到的简单构造体的一种方法。布尔运算包括“交”〔∩〕、“并”〔∪〕、“差”〔-〕三种。2-32CSG表示法生成实体的过程2-32a〕为例，有三种根本体素A、B、C，用CSG表示法可生成实体MN。其运算表达式为：M=(B-A)-C 或M=(B-C)-AN=(B-A)∪C 或M=(B∪C)-A表2-10反映了M=(B-C)-A的生成过程。设根本长方体的体素参数为长l、宽w、高h，根本圆柱体的体素参数为直径￠、柱高h，且圆柱体的位置标志为底面的圆心点坐标以及轴线的方向矢量。2-10CSG2-32b的一种过程实体模型实体模型BCB-CA〔B-C〕-A实体生成过程生成长方体生成圆柱体生成盲孔形体生成圆柱体生成几何体M参数定义l、w、h及位置参数定义￠、h及位置参数定义￠、h及位置参数边界表示法B—Rep边界表示法B—Rep(BoundaryRepresentation)是用实体的边界亦即假设干封闭的面，平机图形学中有广泛的应用。2-332-33其它实体相接触的局部。形体的全部几何、拓扑信息及其模型中的数据构造呈网状关系。这是附属于某一个面上的。两个相邻面的交线构成了面与面之间的关联。边界表示法的优点在于含有较多的关于面、边、点及其相互关系的信息，这些信息对工程图绘制及图形显示都是格外重要的，便于表示形体简单的几何体。边界表示法比CSG的面、边、点及其相互间的关系表示得很清楚，这些数据和关系对于绘图设备、交互图形显示和形体变换计算等都是格外有用的，具有较大的有用性。混合表示法混合表示法(HybridModel)是目前CAD／CAM或应用于不同的目的，从而充分发挥各表示方法的优势，取长补短。目前应用最多的是构造的几何体素构造法CSG与边界表示法B—Rep的混合，根本方法是：在原有CSG的树结点上扩大一级B—Rep的边界数据构造，通常状况下，叶结点所表示的体素就是以B—Rep方式表示的，故不必再扩大；但假设结点是由体素(或布尔运算结果)布尔运算的结果，在CSG中则没有B—Rep表示的边界信息，故在混合表示法中要扩大B—Rep构造以便供给构成实体的边界信息。在CSG与B—Rep的混合模式中，起主导作用的仍旧CSGB—RepCSGCSG优点均在混合模式中得以表达。特征建模特征建模的定义在几何造型中，实体模型已经比较完善，但它仅仅是零件的几何外形描述，没有供给产型的不完整，使CAD/CAM系统共享同一数据格式和构造的问题没有得到根本解决，也就CAD／CAM所理解的数据构造和相互关系，这些因素导致了系统集成的先天困难。一个零件的外形主要由其使用功能及加工工艺所打算，因此，在设计零件构造时，技术造的模型称为特征模型，这种构型思维方式称之为特征建模(FeatureModeling)。特征建模通过计算机将工程图纸所表达的产品信息抽象为特征的有机集合，它不仅构个生命周期内各种应用所需的几乎全部信息，其中包括治理信息、外形信息和工艺信息。GT码等。外形信息是产品信息模型中有了几何外形信息无法确定这些外表应承受什么工艺进展加工系、机床导轨、凸台、螺纹、各类键槽和齿轮等。依据特征信息，结合零件的材料和加工精的各项技术要求。特征建模的方法特征建模主有三种方法：赋值法几何元素，并将特征参数、精度特征和材料特征等信息作为属性赋值到特征模型中。辨识法性赋值到特征模型中。特征造型法以特征库中的特征或用户自定义的特征为根本单元可以简洁地供给计算机关心编制工艺规程和数控机床加工指令所需要的信息，真正地实现CAD/CAM一体化。但特征库的建立是一项格外简单的工作。特征建模是CAD/CAM建模技术的一个质的飞跃，也是CAD/CAM技术的应用到达肯定CAD/CAM技术的进一步进展逐步完善。特征建模开发实例我们以回转体中的轴类零件特征建模系统为例简洁说明特征建模技术的实施过程。表2-11是依据轴类零件的设计需要归纳出来的局部根本特征，这些特征均承受参数化方式进展2-11中第一列是特征名称，在CAD/CAM系统的操作中主说明。有了这些特征后，在轴类零部件设计中，我们可以很便利地组合出所需要的方案，图2-34 是由这些特征组合而成的轴类零件的例如。从图中可以看出，零件是由1+2+3+4+(4-1)+5+6+7+8+92-11中供给的根本特征可知：1：空刀米制外螺纹，特征代码为32；210；312；410；4-151；510；610；712；810；9：B2B。由此，零件用特征代码可表示为：零件=32+10+12+10+51+10