研究生课程CADCAM讲稿ChCADCAM的技术基础ppt课件

1、构造实体几何法构造实体几何法Constructive Solid Geometry，CSG法法目前实体模型在计算机内部进展组织存在四种主流方式：目前实体模型在计算机内部进展组织存在四种主流方式：边境表示法边境表示法Boundary Representation，B-rep扫描表示法扫描表示法空间分割表示法空间分割表示法3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达构造实体几何法是一种用根本体素经过交、并、差运算构造构造实体几何法是一种用根本体素经过交、并、差运算构造实体的方法实体的方法CSGCSG法用二叉树来构造一个物体，即经过对二叉树节点的交、法用二叉树来构造一个物体，即经过对二叉树节

2、点的交、并、差操作以及定义几何元素的尺寸、位置坐标和方向并、差操作以及定义几何元素的尺寸、位置坐标和方向来表示一个物体来表示一个物体二叉树上的节点可以是体素，也可以是体素运动变换如平二叉树上的节点可以是体素，也可以是体素运动变换如平移、旋转等的参数，而树根表示最终的实体移、旋转等的参数，而树根表示最终的实体3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达u 模型紧凑，具有较强的参数化外型功能模型紧凑，具有较强的参数化外型功能u 纯粹的纯粹的CSGCSG模型不能提供物体的坐标与有关边、面的

3、信息模型不能提供物体的坐标与有关边、面的信息3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达边境表示法是用形体的边境来描画形体的一种方法，目前在边境表示法是用形体的边境来描画形体的一种方法，目前在计算机辅助设计领域广为运用，主流商用计算机辅助设计领域广为运用，主流商用CADCAD软件包括软件包括CatiaCatia，UGUG，Pro/EPro/E，SolidWorksSolidWorks，AutoCADAutoCAD等都采用该方法等都采用该方法进展底层进展底层CADCAD模型表达模型表达把物体定义为封锁的边境外表围成的有限空间，该形体可经把物体定义为封锁的边境外表围成的有限空间，该形体可经

4、过其边境，即面的子集来表示。而每一个面又经过边、边经过其边境，即面的子集来表示。而每一个面又经过边、边经过点、点经过三个坐标值来定义过点、点经过三个坐标值来定义3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达该表示法强调的是形体的外表细节，详细记录了构成几何形该表示法强调的是形体的外表细节，详细记录了构成几何形体的一切的几何、拓扑信息体的一切的几何、拓扑信息3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达模型内部数据构造和关系与物体生成描画方法无关，如以下模型内部数据构造和关系与物体生成描画方法无关，如以下图中的零件，其可采用不同的生成方法和生成顺序，但其内图中的零件，其可采用不同的生

5、成方法和生成顺序，但其内部数据构造总是由部数据构造总是由9 9个面构成个面构成3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达边境表示法的中心信息是平面，由于边总是附属于某一个平边境表示法的中心信息是平面，由于边总是附属于某一个平面的。由于两个相邻平面的交线也是边，因此边构成了平面面的。由于两个相邻平面的交线也是边，因此边构成了平面之间的关联之间的关联在大多数系统当中，边在计算机内在大多数系统当中，边在计算机内部需进展两次存储，一次涉及

6、平面部需进展两次存储，一次涉及平面n n，一次那么为平面，一次那么为平面m m。经过边的指向。经过边的指向可标识平面的法向方向，从而判别可标识平面的法向方向，从而判别出某一平面是在体内还是体外出某一平面是在体内还是体外3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达u 模型具有拓扑信息及几何信息，对于复杂图形的显示很方便模型具有拓扑信息及几何信息，对于复杂图形的显示很方便u 难以表达物体生成的原始信息和过程信息，且描画所需信息难以表达物体生成的原始信息和过程信息，且描画所需信息量较大，存在信息冗余量较大，存在信息冗余3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达 CSG CSG法计算

7、机内部表示与物体的描画和拼合运算过程亲密相法计算机内部表示与物体的描画和拼合运算过程亲密相关，即存储的是物体的生成过程，也称为过程模型；而关，即存储的是物体的生成过程，也称为过程模型；而B-repB-rep法法那么与过那么与过 程无关，只保管生成的最终结果，因此，也称为结果程无关，只保管生成的最终结果，因此，也称为结果模型模型 CSG CSG法强调的是记录各体素进入拼合时的原始形状，而法强调的是记录各体素进入拼合时的原始形状，而B-repB-rep法那么强调记录拼合后的结果法那么强调记录拼合后的结果3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模

8、型的表达 在在CSGCSG法中，采用直接修正法中，采用直接修正CSGCSG树上的根本体素到达整体修正树上的根本体素到达整体修正目的目的3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达指在一个系统中将指在一个系统中将CSGCSG法和法和B-repB-rep法混合，其出发点是在原来法混合，其出发点是在原来CSGCSG树的结点上再扩展一级边境数据构造，以实现图形的快速显示树的结点上再扩展一级边境数据构造，以实现图形的快速显示3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达指用形体普通是二维图形与其运动轨迹来表示所生成的物指用形体普通是二维图形与其运动轨迹来表示所生成的物体的一种方法体的一种方

9、法二维图形可采用多种扫描方式生成实体，如平移、旋转、沿恣二维图形可采用多种扫描方式生成实体，如平移、旋转、沿恣意扫描道路按商定的扫描规那么进展扫描等，采用边境表达模意扫描道路按商定的扫描规那么进展扫描等，采用边境表达模型进展表示型进展表示3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达是将空间实体划分成假设干个大小相等的立方体，然后用这些是将空间实体划分成假设干个大小相等的立方体，然后用这些立方体近似表示该实体的一种方法立方体近似表示该实体的一种方法在计算机内部主要定义各个立方体中心的坐标能否存在来描画在计算机内部主要定义各个立方体中心的坐标能否存在来描画空间实体，因此立方体中心的坐标是空

10、间分割法的主要参数空间实体，因此立方体中心的坐标是空间分割法的主要参数3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达该表示法为一种数字化的近似表示法，单元的大小直接影响模该表示法为一种数字化的近似表示法，单元的大小直接影响模型的分辨率型的分辨率实体被立方体分割的数量越多，得到的结果就与原实体越接近，实体被立方体分割的数量越多，得到的结果就与原实体越接近，近似度就越好，模型的分辨率就越高，但是当分割数量很多时，近似度就越好，模型的分辨率就越高，但是当分割数量很多时，需求较大的存储开销需求较大的存储开销不能表达出一个物体恣意两部分之间的关系，也缺乏点、线、不能表达出一个物体恣意两部分之间的关

11、系，也缺乏点、线、面的概念。但是其算法简单，较适宜于物性计算和有限元网格面的概念。但是其算法简单，较适宜于物性计算和有限元网格划分划分目前在加工过程仿真领域运用广泛目前在加工过程仿真领域运用广泛3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达用于二维形体的表示。其原理是：将平面划分为四个区域四用于二维形体的表示。其原理是：将平面划分为四个区域四个子平面，子平面可细分，经过定义这些子平面为个子平面，子平面可细分，经过定义这些子平面为“有图形有图形或或“无图形来描画不同外形的物体无图形来描画不同外形的物体在计算机内部，四叉树为一种特殊的树状构造，每一个结点具在计算机内部，四叉树为一种特殊的树状

12、构造，每一个结点具有三种可选形状，有三种可选形状，“满，满，“空，空，“半空。半空。“部分有结点可部分有结点可细分，直到全部结点都是细分，直到全部结点都是“有或有或“无来表示无来表示3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达是四叉树的扩展，用于三维形体的表示是四叉树的扩展，用于三维形体的表示其原理是：其将空间经过三个坐标平面其原理是：其将空间经过三个坐标平面XYXY、YZYZ、ZXZX划分为八个划分为八个子空间。八叉树中的每一个结点对应着每一个子空间子空间。八叉树中的每一个结点对应着每一个子空间结点的形状同样为：结点的形状同样为：“

13、满，满，“空，空，“半空三种半空三种3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达3.2.2 3.2.2 实体模型的表达实体模型的表达零件信息不完好，只包含零件的几何数据，短少表达工程语义零件信息不完好，只包含零件的几何数据，短少表达工程语义的资料、公差、粗糙度等信息，不能提供支持产品全生命周期的资料、公差、粗糙度等信息，不能提供支持产品全生命周期的信息，数据提取困难，通常需借助人工干涉实现的信息，数据提取困难，通常需借助人工干涉实现用点、线、面、体的操作来构成实体，难以在模型中表达特征，用点、线、面、体的操作来构成实体，难以在模型中表达特征，不符合设计者在产品构形时以产品特征为主的习惯

14、，对发明性不符合设计者在产品构形时以产品特征为主的习惯，对发明性设计不利设计不利3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术特征是具有属性、与设计、制造活动有关，并含有工程意义和根本特征是具有属性、与设计、制造活动有关，并含有工程意义和根本几何实体或信息的集合几何实体或信息的集合特征包括几何外形、精度、资料、技术特征和管理等属性特征包括几何外形、精度、资料、技术特征和管理等属性特征是与设计活动和制造有关的几何实体，面向设计和制造特征是与设计活动和制造有关的几何实体，面向设计和制造特征含有工程语义信息，反映设计者和制造者的意图特征含有工程语义信息，反映设计者和制造者的意图

15、3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术将特征作为产品描画的根本单元，将产品描画为特征的集合。每个将特征作为产品描画的根本单元，将产品描画为特征的集合。每个特征包含假设干属性，这些属性由描画特征的长、宽、直径、角度特征包含假设干属性，这些属性由描画特征的长、宽、直径、角度等外形的属性，拓扑关系的属性如特征的层次、特征之间的关系等外形的属性，拓扑关系的属性如特征的层次、特征之间的关系等以及加工信息属性如工序等构成等以及加工信息属性如工序等构成3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术从构型的角度看，不再将根本几何体如圆柱、圆锥、球等从构型的角

16、度看，不再将根本几何体如圆柱、圆锥、球等作为拼合零件的对象，而是选用对设计制造有意义的特征形体作为拼合零件的对象，而是选用对设计制造有意义的特征形体作为根本单元拼合成零件，如槽、凹腔、凸台、孔、壳、壁等作为根本单元拼合成零件，如槽、凹腔、凸台、孔、壳、壁等从信息的角度看，特征作为产品开发过程中的各种信息载体，从信息的角度看，特征作为产品开发过程中的各种信息载体，不仅包括几何、拓扑信息，还包括设计制造所需的一些非几何不仅包括几何、拓扑信息，还包括设计制造所需的一些非几何信息，如资料信息、尺寸、外形公差信息、热处置及外表粗糙信息，如资料信息、尺寸、外形公差信息、热处置及外表粗糙度信息、刀具信息、管

17、理信息等度信息、刀具信息、管理信息等建立的零、部件模型不仅包括几何信息，还包括下游建立的零、部件模型不仅包括几何信息，还包括下游CAPPCAPP、CAMCAM所需的信息，构成了符合所需的信息，构成了符合STEPSTEP规范的产品信息模型，为规范的产品信息模型，为CIMSCIMS及及DFXDFX打下根底打下根底3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术利用现有外型系统建立产品的几何模型，由用户直接经过图形利用现有外型系统建立产品的几何模型，由用户直接经过图形交互拾取，手工将特征参数、精度、技术要求、资料热处置等交互拾取，手工将特征参数、精度、技术要求、资料热处置等信息作

18、为特征的属性添加到特征模型中。这种方法自动化程度信息作为特征的属性添加到特征模型中。这种方法自动化程度低，信息处置易产生人为错误，与后续系统的集成较困难，程低，信息处置易产生人为错误，与后续系统的集成较困难，程序的开发任务量大序的开发任务量大经过搜索产品几何数据库，提取产品的几何模型，将几何模型经过搜索产品几何数据库，提取产品的几何模型，将几何模型与预先定义的特征比较，匹配特征的拓扑模型，再经过从数据与预先定义的特征比较，匹配特征的拓扑模型，再经过从数据库中提取已识别的特征信息，来确定特征参数，完成特征几何库中提取已识别的特征信息，来确定特征参数，完成特征几何模型模型该方法仅对简单外形有效，只

19、能识别加工特征，缺乏公差、资该方法仅对简单外形有效，只能识别加工特征，缺乏公差、资料等信息，需研讨专门的算法来识别特征，典型的算法有：特料等信息，需研讨专门的算法来识别特征，典型的算法有：特征匹配法、征匹配法、CSGCSG树识别法、体积积分法、实体生成法等树识别法、体积积分法、实体生成法等3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术直接采用特征建立产品模型，将特征库中预定义的特征实例化直接采用特征建立产品模型，将特征库中预定义的特征实例化后，以实例特征为根本单元建立特征模型，完成产品的定义，后，以实例特征为根本单元建立特征模型，完成产品的定义，而不是事后去识别特征来定义

20、零件几何体。而不是事后去识别特征来定义零件几何体。由于特征库中的特征覆盖了产品生命周期中各运用系统所需求由于特征库中的特征覆盖了产品生命周期中各运用系统所需求的信息，因此该方法目前被广泛采用的信息，因此该方法目前被广泛采用3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术指在产品全生命周期中与产品相关的指在产品全生命周期中与产品相关的BOMBOM信息、功能信息、几何信息、功能信息、几何拓扑信息、外形信息、外表质量信息、尺寸精度信息、装配拓扑信息、外形信息、外表质量信息、尺寸精度信息、装配信息、工艺技术信息和资料信息等的集合。它覆盖产品生命周信息、工艺技术信息和资料信息等的集合

21、。它覆盖产品生命周期的全过程，包括市场分析、工程设计、工艺设计、加工、装期的全过程，包括市场分析、工程设计、工艺设计、加工、装配、检验、销售及售后效力等配、检验、销售及售后效力等 是企业信息集成的根底，是先进制造系统中一切技术人员信是企业信息集成的根底，是先进制造系统中一切技术人员信息交换的根底息交换的根底 产品信息模型的双向传送保证了数据的前后一致性产品信息模型的双向传送保证了数据的前后一致性3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术产品装配模型为面向装配的产品设计提供信息来源和存取机制。产品装配模型为面向装配的产品设计提供信息来源和存取机制。其含义分为广义与狭义两

22、种：其含义分为广义与狭义两种： 狭义：与某一详细的运用领域有关，如构造设计中产品的构狭义：与某一详细的运用领域有关，如构造设计中产品的构造关系，装配过程中的装配工艺规划等造关系，装配过程中的装配工艺规划等 广义：产品全生命周期中与装配有关的一切信息、活动和过广义：产品全生命周期中与装配有关的一切信息、活动和过程的总称，是一种集成化的信息模型。在集成产品开发中与装程的总称，是一种集成化的信息模型。在集成产品开发中与装配有关的过程包括产品规划、方案设计、构造设计、详细设计、配有关的过程包括产品规划、方案设计、构造设计、详细设计、装配过程过装配过程过 程仿真、装配系统规划、装配工艺规划等程仿真、装配

23、系统规划、装配工艺规划等3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术 管理信息：组成产品的零部件的宏观信息及产品构造关系管理信息：组成产品的零部件的宏观信息及产品构造关系设计设计BOMBOM信息。零部件信息包括产品各构成元件的称号、代信息。零部件信息包括产品各构成元件的称号、代号、资料、件数、单位、设计版本、外购件标识、自制件标识、号、资料、件数、单位、设计版本、外购件标识、自制件标识、技术规范或规范、技术要求、设计者和供应商信息。设计技术规范或规范、技术要求、设计者和供应商信息。设计BOMBOM信信息描画零部件间的构成层次关系，是产品生命周期后续过程的息描画零部件间的

24、构成层次关系，是产品生命周期后续过程的信息根底信息根底 几何信息：与产品的几何实体构造相关的信息。其决议装配几何信息：与产品的几何实体构造相关的信息。其决议装配元件元件 和整个产品装配体的几何外形与尺寸大小，装配元件在最和整个产品装配体的几何外形与尺寸大小，装配元件在最终装配体内的位置和姿态。现有商用终装配体内的位置和姿态。现有商用CADCAD系统如系统如ProProE E具备完善具备完善的几何建模功能，产品装配模型所需的几何构造信息可直接从的几何建模功能，产品装配模型所需的几何构造信息可直接从内部数据库提取内部数据库提取3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术 拓

25、扑信息：指产品的装配视图装配拓扑信息：指产品的装配视图装配BOMBOM与装配件间的几与装配件间的几何配合约束关系两类信息。装配何配合约束关系两类信息。装配BOMBOM反映产品装配的层次构造关反映产品装配的层次构造关系，从产品的功能角色、装拆操作、机构运动等方面对设计系，从产品的功能角色、装拆操作、机构运动等方面对设计BOMBOM进展转化，构成装配层次构造关系。常见装配元件之间的几进展转化，构成装配层次构造关系。常见装配元件之间的几何配合约束关系：贴合、对齐、同向、相切、插入和坐标系重何配合约束关系：贴合、对齐、同向、相切、插入和坐标系重合等，这类信息取决于静态装配体的构造需求，与运用领域无合等

26、，这类信息取决于静态装配体的构造需求，与运用领域无关关3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术 工程语义信息：指与产品工程运用相关的语义信息，包括五类：工程语义信息：指与产品工程运用相关的语义信息，包括五类：u 装配元件的角色类别：螺栓螺钉、垫圈垫片、销钉、轴承、弹簧、装配元件的角色类别：螺栓螺钉、垫圈垫片、销钉、轴承、弹簧、卡紧件、密封件和普通构造件等及其相关信息卡紧件、密封件和普通构造件等及其相关信息v 装配元件的聚类分组：普通簇含螺钉、销钉、卡紧件等的元件装配元件的聚类分组：普通簇含螺钉、销钉、卡紧件等的元件簇、特殊簇具有过盈配合、焊接等关系的元件簇以及簇的嵌

27、套簇、特殊簇具有过盈配合、焊接等关系的元件簇以及簇的嵌套w 装配元件装拆的强迫优先关系：基体定义、强迫领先、强迫滞装配元件装拆的强迫优先关系：基体定义、强迫领先、强迫滞后关系后关系 装配元件之间的工艺约束和运动约束等关系：用于构造产品于相装配元件之间的工艺约束和运动约束等关系：用于构造产品于相关运用领域的构造层次关系关运用领域的构造层次关系y 装配元件之间的设计参数约束和传送关系：确保设计参数在设计装配元件之间的设计参数约束和传送关系：确保设计参数在设计过程中的协调一致过程中的协调一致3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术 装配工艺信息：指与产品装拆工艺过程及操作

28、相关的信息，装配工艺信息：指与产品装拆工艺过程及操作相关的信息，包括各装配元件的装配顺序、途径及装配工位的安排与调整、包括各装配元件的装配顺序、途径及装配工位的安排与调整、装配夹具的利用、装配工具如扳手、螺丝刀等的介入、操装配夹具的利用、装配工具如扳手、螺丝刀等的介入、操作和退出等信息。其为装配工艺规划和装配过程仿真效力，包作和退出等信息。其为装配工艺规划和装配过程仿真效力，包括相关活动和子过程的信息输入、中间结果的存储与利用、最括相关活动和子过程的信息输入、中间结果的存储与利用、最终结果的构成等终结果的构成等 装配资源信息：与产品装配工艺过程实施相关的装配资源总装配资源信息：与产品装配工艺过

29、程实施相关的装配资源总和，指装配系统设备的组成与控制参数，包括装配任务台与设和，指装配系统设备的组成与控制参数，包括装配任务台与设备的选择、装配夹具与工具的类别和型号，它们各自的控制参备的选择、装配夹具与工具的类别和型号，它们各自的控制参数如外形、尺寸、比例大小、装配元件的资料、精度、本钱、数如外形、尺寸、比例大小、装配元件的资料、精度、本钱、对称性、外表质量等。装配资源信息用于构造虚拟的装配任务对称性、外表质量等。装配资源信息用于构造虚拟的装配任务环境，为实施产品数字化预装配提供支撑环境，为实施产品数字化预装配提供支撑3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术由零件

30、宏观信息管理信息、制造信息、及几何、拓扑信息由零件宏观信息管理信息、制造信息、及几何、拓扑信息组成组成 零件宏观信息：指零件的宏观描画信息，如零件号、在部件零件宏观信息：指零件的宏观描画信息，如零件号、在部件中的数量、版本、资料、制造性标识等中的数量、版本、资料、制造性标识等 几何信息：指与零件的几何外形、尺寸大小相关的信息几何信息：指与零件的几何外形、尺寸大小相关的信息 拓扑信息：描画零件与相关父部件的从属关系及与其它零件拓扑信息：描画零件与相关父部件的从属关系及与其它零件的约束关系等的约束关系等 制造信息：由一系列特征类信息组成，包括制造信息：由一系列特征类信息组成，包括3.2.3 3.2

31、.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术u 外形特征类：描画有一定工程意义的几何外形信息，如孔外形特征类：描画有一定工程意义的几何外形信息，如孔特征、槽特征等，外形特征是精度特征和资料特征的载体特征、槽特征等，外形特征是精度特征和资料特征的载体v 精度特征类：描画几何外形和尺寸的答应变动量或误差，精度特征类：描画几何外形和尺寸的答应变动量或误差，如尺寸公差、几何公差形位公差、外表粗糙度等如尺寸公差、几何公差形位公差、外表粗糙度等ww 装配特征类：表达零件在装配过程中具备的信息装配特征类：表达零件在装配过程中具备的信息 资料特征类：描画资料的类型与性能及热处置等信息资料特征类：描画资料

32、的类型与性能及热处置等信息y 性能分析特征类：表达零件在性能分析时运用的信息，如性能分析特征类：表达零件在性能分析时运用的信息，如有限元有限元 网格划分等网格划分等 附加特征类：根据需求，表达一些与上述特征无关的信息附加特征类：根据需求，表达一些与上述特征无关的信息3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术零部件特征类型包括：外形特征、装配特征、精度特征、性能零部件特征类型包括：外形特征、装配特征、精度特征、性能分析特征、补充特征如成组编码等。其中，外形特征为最分析特征、补充特征如成组编码等。其中，外形特征为最根本的特征，为其他特征的载体根本的特征，为其他特征的载体针

33、对不同的运用领域，外形特征分类也不同：针对不同的运用领域，外形特征分类也不同：在面向设计的外形特征定义中，外形特征指能满足一定功能要在面向设计的外形特征定义中，外形特征指能满足一定功能要求的设计特征求的设计特征在面向加工的特征定义中，外形特征对应一个或几个工序，以在面向加工的特征定义中，外形特征对应一个或几个工序，以实现与实现与CAPPCAPP共享特征信息共享特征信息3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术采用设计特征构造出的零件模型在与采用设计特征构造出的零件模型在与CAPPCAPP集成时，需将设计特集成时，需将设计特征映射成加工特征。因此，为减少特征的映射困难和

34、保证信息征映射成加工特征。因此，为减少特征的映射困难和保证信息完好性，通常采用按加工要求对特征分类完好性，通常采用按加工要求对特征分类STEPSTEP规范的运用协议中定义了完备的零件特征。运用协议规范的运用协议中定义了完备的零件特征。运用协议AP214AP214将外形特征划分为：过渡特征类、组合筋板类、组合实体类、将外形特征划分为：过渡特征类、组合筋板类、组合实体类、加工板筋类、普通特征、分布特征类、加工实体类等七类加工板筋类、普通特征、分布特征类、加工实体类等七类3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术 实体特征，指直接构造实体的特征实体特征，指直接构造实体的特征

35、 曲面特征，指曲面外型的各种曲面特征曲面特征，指曲面外型的各种曲面特征 基准特征，指外型过程中起辅助作基准特征，指外型过程中起辅助作用的非实体的几何体，如点、线、面用的非实体的几何体，如点、线、面等基准等基准 修饰特征，如喷印、螺纹等修饰特征，如喷印、螺纹等 用户自定义特征，指由用户自定义，用户自定义特征，指由用户自定义，或来自特征库或来自特征库3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术商用商用CADCAD系统根本根据系统根本根据STEP AP214STEP AP214的外形特征分类进展特征外型，的外形特征分类进展特征外型，并按照设计习惯将几何外形特征细分为基于草图的

36、根本实体生成并按照设计习惯将几何外形特征细分为基于草图的根本实体生成特征和几何实体辅助特征特征和几何实体辅助特征二维草图拉伸特征二维草图拉伸特征PadPad、凹陷特征、凹陷特征PocketPocket，草图旋转特，草图旋转特征征ShaftShaft、孔特征、孔特征HoleHole、槽特征、槽特征SlotSlot，放样特征，放样特征LoftLoft3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术拔模特征拔模特征DraftDraft、倒角特征、

37、倒角特征FilletFillet、抽壳特征、抽壳特征ShellShell、阵列特征阵列特征PatternPattern、镜像特征、镜像特征MirrorMirror、曲面增厚特征、曲面增厚特征ThicknessThickness、加强筋特征、加强筋特征StiffenerStiffener等等3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术特征外型过程指在上述特征的根底上经过两种特征拼合方法进展：特征外型过程指在上述特征的根底上经过两种特征拼合

38、方法进展： 先定义一个根本体，然后减去各种特征，对箱体、壁板类零先定义一个根本体，然后减去各种特征，对箱体、壁板类零件可用此法件可用此法 用预定义的特征进展交、并、差拼合，组成复杂零件，对轴用预定义的特征进展交、并、差拼合，组成复杂零件，对轴类及支架类零件可用此法类及支架类零件可用此法3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术系统在外型过程中不断与特征实体的点、线、面等根本体素进展系统在外型过程中不断与特征实体的点、线、面等根本体素进展人机交互，而人机交互，而B-repB-rep模型直接采用实体点、线、面等根本体素构建模型直接采用实体点、线、面等根本体素构建实体，因此

39、其成为主流的底层设计模型。实体，因此其成为主流的底层设计模型。CSGCSG模型使得设计过程直模型使得设计过程直观，并能与边境表达模型集成，也得到了广泛的运用观，并能与边境表达模型集成，也得到了广泛的运用大多数商业化大多数商业化CADCAD系统采用系统采用B-repB-rep模型与模型与CSGCSG模型混合对底层实体数模型混合对底层实体数据进展表达。据进展表达。CatiaCatia采用半边构造的采用半边构造的B-repB-rep模型与模型与CSGCSG方法混合表达方法混合表达实体实体3.2.3 3.2.3 基于特征的产品建模技术基于特征的产品建模技术参数化设计参数化设计parametric de

40、signparametric design是为改良传统设计方法中的弊是为改良传统设计方法中的弊端而提出的一种新的设计技术端而提出的一种新的设计技术 以准确外形和尺寸为根底，对设计初期设计者关怀的产品、以准确外形和尺寸为根底，对设计初期设计者关怀的产品、零部件的粗略大小、外形以及标注要求限制太死，不利于概念零部件的粗略大小、外形以及标注要求限制太死，不利于概念设计设计 难以顺应产品模型变动，不能灵敏地支持系列化产品的设计，难以顺应产品模型变动，不能灵敏地支持系列化产品的设计，不能自动处置因图形尺寸变化而引起的图形变化，呵斥资源浪不能自动处置因图形尺寸变化而引起的图形变化，呵斥资源浪费，设计费用高

41、、周期长费，设计费用高、周期长 几何模型不能与工程计算建立联络，如传动轴的直径和长度几何模型不能与工程计算建立联络，如传动轴的直径和长度由轴的强度和刚度计算，即这些尺寸是由强度和刚度所表示的由轴的强度和刚度计算，即这些尺寸是由强度和刚度所表示的工程约束所驱动，传统几何建模不提供该功能工程约束所驱动，传统几何建模不提供该功能3.2.4 3.2.4 参数化设计参数化设计是一种设计方法，采用尺寸驱动的方式改动几何约束构成的几何是一种设计方法，采用尺寸驱动的方式改动几何约束构成的几何模型，在求解几何约束模型时，采用顺序求解的方法，普通要求模型，在求解几何约束模型时，采用顺序求解的方法，普通要求全约束全

42、约束与传统方法相比，参数化设计方法最大的不同在于它存储了设计与传统方法相比，参数化设计方法最大的不同在于它存储了设计的整个过程，能支持对产品族的设计的整个过程，能支持对产品族的设计经过定义建立产品模型的尺寸与参数的关系，并经过调整参数来经过定义建立产品模型的尺寸与参数的关系，并经过调整参数来修正和控制几何外形，自动实现产品的准确外型。这种设计方法修正和控制几何外形，自动实现产品的准确外型。这种设计方法使得工程设计人员不需思索细节就能尽快草拟零件图，当发现设使得工程设计人员不需思索细节就能尽快草拟零件图，当发现设计有问题时，只需变动某些约束参数到达更新设计的目计有问题时，只需变动某些约束参数到达

43、更新设计的目参数化设计被广泛用于产品的概念设计阶段构成初始产品模型，参数化设计被广泛用于产品的概念设计阶段构成初始产品模型，能快速构成多种设计方案能快速构成多种设计方案2020世纪世纪8080年代，参数化年代，参数化CADCAD系统产生：系统产生：Pro/EPro/E、I-DEASI-DEAS3.2.4 3.2.4 参数化设计参数化设计不要求输入准确图形，只需输入一个草图，标注一些几何元素不要求输入准确图形，只需输入一个草图，标注一些几何元素的约束，然后经过改动约束条件来自动地导出准确的几何模型的约束，然后经过改动约束条件来自动地导出准确的几何模型这对于大致外形类似的一系列零件，只需修正特定参

44、数，即可这对于大致外形类似的一系列零件，只需修正特定参数，即可生成新的零件，适用于产品族设计生成新的零件，适用于产品族设计3.2.4 3.2.4 参数化设计参数化设计产品的几何模型由几何外形和拓扑关系构成。对于系列化产品产品的几何模型由几何外形和拓扑关系构成。对于系列化产品而言，不同型号的产品只是尺寸不同而构造一样，即几何信息而言，不同型号的产品只是尺寸不同而构造一样，即几何信息不同而拓扑信息一样不同而拓扑信息一样参数化模型需保管零件的拓扑信息，以保证设计过程中几何拓参数化模型需保管零件的拓扑信息，以保证设计过程中几何拓扑关系的一致性。零件的拓扑关系来自用户输入的草图，几何扑关系的一致性。零件

45、的拓扑关系来自用户输入的草图，几何信息的修正需根据用户输入的约束参数确定，因此需在参数化信息的修正需根据用户输入的约束参数确定，因此需在参数化模型中建立几何信息和参数的对应机制模型中建立几何信息和参数的对应机制3.2.4 3.2.4 参数化设计参数化设计全尺全尺寸参寸参数数尺寸尺寸约束约束3.2.4 3.2.4 参数化设计参数化设计构造约束拓扑约束：指构成图形的几何元素间的相对位置构造约束拓扑约束：指构成图形的几何元素间的相对位置和衔接方式，其属性值在参数化设计过程中坚持不变。在工程和衔接方式，其属性值在参数化设计过程中坚持不变。在工程图当中，此类约束通常是隐含的，如平行、垂直、相切、对称图当中，此类约束通常是隐含的，如平行、垂直、相切、对称等等尺寸约束：指图中标注的尺寸，如间隔、角度等尺寸约束：指图中标注的尺寸，如间隔、角度等参数约束：指尺寸参数之间的关系，用表达式表示参数约束：指尺寸参数之间的关系，用表达式表示3.2.4 3.2.4 参数化设计参数化设计随作图过程顺序记录约束，每一作图操作对应一类约束，所记随作图过程顺序记录约束，每一作图操作对应一类约束，所记录的约束顺序反映完好的作图过程，参数改动后只需对该顺序录的约束顺序反映完好的作图过程，参数改动后只需对该顺序进展扫描，求解新的参数值，即可改动整个图形或部分图形的进展扫描，求解新的参数值，即可改