课件：sw特征建模.ppt

三维参数化造型及设计,第四讲 特征建模技术与特征造型,一、特征建模技术,1、特征的概念 特征造型技术是当今三维CAD的主流技术，利用特征建立模型既具有工程意义，又便于后期的调整。关于特征技术有很多提法，掌握特征技术的基本概念有助于我们更好地把握CAD软件的内在特点。 特征（feature）来源于制造工程应用，CAD模型是企业产品开发生产的基本数据依据，要在产品全生命周期实现信息共享，CAD模型必须具备广泛的工程语义信息，这就是特征技术的根本渊源。,早期的CAD系统中就采用基本立体几何元素和布尔运算和倒圆等编辑方式形成零件外形的设计方法过于抽象，其模型无法映射到下游的工程实现中，即设计与制造之间缺乏对应性，这必然造成信息共享的困难。 特征建模技术针对这种情况应运而生，它采用具有工程意义的拉伸、制孔、倒圆、倒角等作为建模的基础单元，在设计与制造之间建立一种共同的信息规范和交流的桥梁。,特征作为产品开发中各种信息的载体，包含了几何形状及相应的语义，将其定义为“一组具有确定的约束关系的几何实体，它同时包含某种特定的功能语义信息”。特征可以表达为： 产品特征=形状特征语义信息 其中，产品特征是具有一定属性的几何实体，包括特征属性数据、特征功能和特征间的关系。形状特征是与几何实体相联系的显式表达，具有确定的内部约束和描述参数，且同语义信息相关联。语义信息表达了特征的某些属性，依据不同的应用，可以赋予特征不同的语义信息，主要有设计、制造、质量检查和仿真等语义信息。,特征技术的目标在于设计与制造的共享，应该说在这个方面，特征技术只建立了一种实现的基础，要完全自动地将设计模型转换为制造实现的输入还很困难，需要开发相应的程序。 特征技术的运用对于CAD软件本身却有另外一番意义，特征作为具有工程背景的几何单元，它的组合已经超越了传统布尔运算的减加并差，而是延伸为一种特征类型、参数和建立时序三者共同决定产品形态的高级组合方式。 因此通过特征技术，我们可以轻松地将设计意图融合进产品模型之中，并且可以随时进行调整。另外，由于采用具有工程性的单元特征进行造型，多少减少了设计师在设计时的随意性，有助于消除设计结果与制造实现之间的冲突。,2、特征建模系统的框架 特征建模是面向整个设计、制造过程的，不仅支持CAD系统、CAPP系统、CAM系统，还要支持绘制工程图、有限元分析、数控编程、仿真模拟等多个环节。因此，必须能够完整地、全面地描述零件生产过程的各个环节的信息以及这些信息之间的关系。除了实体建模中已有的几何、拓扑信息之外，还要包含特征信息、精度信息、材料信息、技术要求和其它有关信息。除静态信息之外，还应当支持设计、制造过程中的动态信息，例如有限元的前、后置处理，零件加工过程中工序图的生成，工序尺寸的计算等。,因此，特征建模是一种以实体建模为基础，包括上述信息的产品建模方案，通常由形状特征模型、精度特征模型、材料特征模型组成，而形状特征模型是特征建模的核心和基础。 a、形状特征模型 形状特征模型主要包括几何信息、拓扑信息，对不同的行业，不同条件下形状特征的定义可以完全不同。通常将形状特征定义为具有一定拓扑关系的一组几何元素构成的形状实体，它对应零件上的一个或多个功能，能够被固定的加工方法加工成形。,例如，根据机械零件的轮廓特点以及相应的总体加工特点，可以将零件分为回转体类、板块类和箱体类。对板块类零件可以定义孔、槽、腔、平面等特征;而孔类特征又可进一步分为光孔、台阶孔、盲孔、螺纹孔、组合分布孔等。 形状特征通过参数描述，每一个特征都对应一组唯一确定该特征的控制参数。将一种形状定义为一个特征，每种特征都在产品中实现各自的功能。 形状特征模型以实体建模为基础，通常它包含两个层次，一个是低层次的点、线、面、环等组成的B-Rep法结构，另一个是高层次的由特征信息组成的结构。,b、精度和材料特征模型 精度模型用来表达零件的精度信息，包括尺寸公差、形状公差、位置公差、表面粗糙度。材料特征包括材料的种类、性能、热处理要求等。,特征建模的框架结构如图所示。其中，形状特征、精度特征、材料特征分别对应各自的特征库，从中获取特征描述信息。产品数据库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，建模之后 的产品信息送入 产品数据库，并 随着造型的过程 而不断修改，而 造型过程所需的 参数从库中查询。,2019/8/22,11,可编辑,3、特征建模的功能 CAD/CAM系统中特征建模的功能有以下几个方面： 1）预定义特征，建立特征库； 2）特征库的智能化应用，实现基于特征的零件设计； 3）为特征附加注释，为用户列举参考特征； 4）支持自定义特征以及管理、操作特征库； 5）特征的消隐、移动； 6）零件设计中，跟踪和提取有关几何属性。,4、特征建模的特点 特征建模特点主要有以下几个方面： 1）特征建模使产品的CAD设计不停留在底层的几何信息基础上，而是依据产品的功能要素，起点在比较高的功能模型上。特征不仅直接体现设计意图，也直接对应加工方法。 2）特征建模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、工艺、夹具等设计各个环节的连接，使产品设计与后续的各环节并行展开，实现真正的CAD/CAPP/CAM的集成，且支持并行工程。 3）利于实现产品设计、制造方法标准化、系列化、规范化，使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，有利于降低产品的成本。,5、形状特征的分类 特征的分类依赖相应的应用领域。在零件设计及制造应用领域中，依据如下标准：每一类特征是进行零件设计时的功能单元，同时在制造过程中，其加工方法和手段都基本上一致。在设计时，设计人员可以采用熟悉的功能单元构造零件；在制造时，通过对特征的分析，采取相应的方法和有关数据进行工艺设计和NC程序的编制。特征的分类如图所示。,6、特征信息的表达 特征信息包括几何信息和非几何信息。几何信息以显式方式表示，以面为基础，通过关系型表格记录几何要素的面、环、顶点等信息，为设计中几何数据的直接提取提供方便。非几何信息是制造中所用工艺信息，包括表面粗糙度、公差、尺寸精度等，采用隐式的描述方法。通过对属性的描述，记录相应的功能信息、制造信息以及特征间的相互关联，其特点是参数化、尺寸驱动、系统各特征完全关联。,综上所述，特征建模作为集成系统的核心，不仅可以使设计人员以一种全新的设计方法和设计思想进行产品开发，极大地提高了设计效率，同时，特征作为产品生命周期中各个阶段的信息的载体，为整个设计制造中的各个环节提供了统一的产品信息模型，使产品设计、工艺设计、夹具设计等阶段的信息提取更方便、灵活、一致，避免了信息的重复输入。因此，特征建模被公认为是实现CAD/CAPP/CAM集成化的最有效的途径。,二、SolidWorks特征造型,1、三维参数设计软件中的特征 三维参数设计软件作为一个通用软件，由于要适应机械设计的各种不同的应用，而不同应用中的特征可能是完全不同的，所以这些软件中的特征均以形状特征为主，融入了一些与设计功能有关的特征种类。,三维CAD软件中的特征模型按照生成方法分为三类： 1）基于轮廓的特征：先有被参数化约束的二维轮廓，之后按要求和软件的功能生成三维模型特征。例如：拉伸、回转、放样 2）基于已有特征的特征：先有某种特征存在，在此基础上进行修饰。例如：圆角、阵列这是一种依附于已有特征的特征。 3）定位特征：作为坐标系的参数化控制结果，生成工作面、工作轴、工作点或者基准坐标系。这些要素也是参数化的。,三维CAD软件提供的特征造型方法按照其功能特点分为四类： 基础特征：完成最基本的三维几何体造型任务。在三维造型中的地位相当于草图绘制中的基本图元，是最基本的3D绘制方式。包括拉伸、旋转、切除、扫描、放样等类型。 附加特征：是在基础特征之上的特征修饰，如抽壳、倒圆和加筋等。 特征操作：是针对基础特征以及附加特征的整体操作工具，对其进行整体的阵列、拷贝以及移动等操作。 参考特征：参考特征辅助而不参与三维模型的生成。作为建立某些特征的参考，如拉伸操作的草图平面，镜向操作的中心面等。参考特征包括基准面、基准轴、坐标系等。,2、SolidWorks中的特征造型方法 在SolidW