模具CAD基本技術(shù)課件

第二章模具CAD基本技術(shù)本章概述CAD/CAM技術(shù)的核心是計算機(jī)圖形處理與建模技術(shù)，是進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計與輔助制造的基礎(chǔ)，本章將主要介紹計算機(jī)圖形處理與建模技術(shù)的基本原理和方法。教學(xué)目標(biāo)1.學(xué)習(xí)計算機(jī)圖形處理技術(shù)。2.熟悉幾何造型的特點(diǎn)3.掌握裝配設(shè)計技術(shù)。第二章模具CAD基本技術(shù)本章概述第二章模具CAD基本技術(shù)2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.3

幾何建模與特征建模2.4

裝配設(shè)計技術(shù)2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)第二章模具CAD基本技術(shù)2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成CAD系統(tǒng)一般是由許多功能模塊組成的，各功能模塊既相互獨(dú)立工作，又相互傳遞信息，形成一個協(xié)調(diào)有序的系統(tǒng)，這些功能模塊一般包括:a.圖形處理模塊。此模塊專供用戶進(jìn)行零件的二維圖形的設(shè)計、繪制、編輯以及零部件裝配圖的繪制、編輯。b.三維幾何造型模塊。此模塊為用戶提供一個準(zhǔn)確、完整地描述和顯示三維幾何形狀的方法和工具，它具有著色、消隱、濃淡處理、實(shí)體參數(shù)計算、質(zhì)量特性計算等功能。下一頁返回2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成CAD系統(tǒng)一般是由許多功能模塊組2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成

c.計算機(jī)輔助工程模塊。此模塊包含許多各自獨(dú)立的子模塊，如有限元分析模塊，優(yōu)化方法模塊等。利用有限元分析模塊可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)件的力學(xué)、動力學(xué)和溫度場分析，流體的流行特征分析等;而優(yōu)化方法模塊是將優(yōu)化技術(shù)用于工程設(shè)計，綜合多種優(yōu)化計算方法，求解設(shè)計模型。

d.數(shù)據(jù)庫模塊。此模塊執(zhí)行對CAD系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與管理的功能。在利用CAD系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的過程中，會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，也需對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行一些計算處理。這些數(shù)據(jù)中有靜態(tài)的數(shù)據(jù)，如標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)圖形文件等;也有動態(tài)的數(shù)據(jù)，如設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)如何描述，如何管理，就是此模塊的范疇。上一頁下一頁返回2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成c.計算機(jī)輔助工程模塊。此模塊2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成e.裝配模塊。裝配模塊可以完成從零件到部件或產(chǎn)品總成的三維裝配，并可以建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整信息模型和產(chǎn)品的明細(xì)表，同時還可通過裝配進(jìn)行干涉檢查(靜態(tài)干涉檢查)。f.機(jī)構(gòu)動態(tài)仿真模塊。此模塊可根據(jù)機(jī)構(gòu)的裝配結(jié)構(gòu)，求出各構(gòu)件的重心、質(zhì)量、慣性矩等物理特性，并可設(shè)定各構(gòu)件的運(yùn)動規(guī)律和參數(shù)，進(jìn)行各類機(jī)構(gòu)運(yùn)動的仿真計算，并用三維真實(shí)感圖形顯示機(jī)構(gòu)運(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動干涉檢查。

g.用戶編程模塊。它包括用戶編程語言和圖形庫等?？梢岳孟到y(tǒng)的此模塊對CAD系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，提高CAD系統(tǒng)的用戶化程序，充分發(fā)揮系統(tǒng)的性能和提高使用效率。上一頁下一頁返回2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成e.裝配模塊。裝配模塊可以完成從2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成

對不同的用戶，所使用模塊的側(cè)重點(diǎn)不同，例如，對于使用CAD系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計人員而言，他們的任務(wù)是如何利用CAD將產(chǎn)品快速合理設(shè)計出來，則其關(guān)心的重點(diǎn)是圖形處理模塊、三維幾何造型模塊、裝配模塊、計算機(jī)輔助工程模塊、機(jī)構(gòu)動態(tài)仿真模塊的使用;而對于CAD系統(tǒng)的開發(fā)人員他們的關(guān)心重點(diǎn)是數(shù)據(jù)庫模塊、用戶編程模塊的開發(fā)使用，即進(jìn)行CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)。本課題從使用CAD系統(tǒng)角度出發(fā)，重點(diǎn)論述三維造型方法。上一頁返回2.1CAD系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成對不同的用戶，所使用模塊的側(cè)重2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)計算機(jī)圖形處理技術(shù)是CAD/CAM的重要組成部分。其發(fā)展有力地推動了CAD/CAM的研究與發(fā)展，為CAD/CAM提供了高效的工具和手段;而CAD/CAM的發(fā)展又不斷對其提出新的要求與設(shè)想，因此，CAD/CAM的發(fā)展與計算機(jī)圖形處理技術(shù)之間有著密不可分的聯(lián)系。2.2.1圖形處理的概念及分類計算機(jī)圖形處理是利用計算機(jī)的高速運(yùn)算能力和實(shí)時顯示能力來處理大量的圖形信息。它包含圖形信息的輸入、輸出、顯示，圖形的生成、變換、編輯、識別，圖形之間的運(yùn)算與交互式繪圖等多方面的內(nèi)容。下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)計算機(jī)圖形處理技術(shù)是CAD/CAM2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)依據(jù)繪圖設(shè)備的不同，計算機(jī)圖形處理的方法可分為矢量法與描點(diǎn)法兩種，分別與圖形處理和圖像處理相對應(yīng)。在矢量法中，任何形狀的曲線都是可以用首尾相連的直線逼近。繪圖儀就是一種典型的矢量輸出設(shè)備。描點(diǎn)法主要用于光柵掃描顯示器中，它把顯示器的屏幕分為有限多個離散點(diǎn)(稱為像素)，每個離散點(diǎn)可有多種顏色，這樣由像素組成的陣列便可描述不同的圖像。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)依據(jù)繪圖設(shè)備的不同，計算機(jī)圖形處理2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)按其工作方式可分為靜態(tài)自動圖形處理系統(tǒng)和動態(tài)交互繪圖系統(tǒng)兩種類型。靜態(tài)自動圖形處理系統(tǒng)是將圖形編成繪圖程序的系統(tǒng)，在繪圖過程中不允許人工干預(yù)和修改。如果繪出的圖形不符合要求，則需要手工在圖紙上改動或是修改繪圖程序。這種系統(tǒng)多用于設(shè)計圖形比較成熟或?qū)D形要求不嚴(yán)格、不需要對圖形進(jìn)行修改的情況。而對交互式CAD/CAM系統(tǒng)，尤其是對于新產(chǎn)品的設(shè)計，需要在設(shè)計過程中反復(fù)分析、計算、修改，則應(yīng)采用動態(tài)交互式繪圖系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)圖形設(shè)計的實(shí)時編輯。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)按其工作方式可2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.2計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的組成計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件部分由計算機(jī)主機(jī)、外存儲器(軟盤、硬盤、光盤、磁帶等)、輸入設(shè)備(鍵盤、數(shù)字化儀、鼠標(biāo)等)和輸出設(shè)備(圖形顯示器、繪圖儀等)組成。軟件部分由圖形軟件、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫及圖形庫、應(yīng)用程序組成。圖形軟件通常分為三種:基本繪圖指令軟件、圖形支撐軟件和專用圖形軟件。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.2計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)的組2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.3計算機(jī)圖形處理技術(shù)與算法計算機(jī)圖形處理相當(dāng)復(fù)雜，涉及的許多技術(shù)與算法，概括起來，大致可分為圖形生成技術(shù)、圖形編輯技術(shù)、真實(shí)圖形技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及科學(xué)計算的可視化技術(shù)等內(nèi)容。下面主要介紹前面兩種技術(shù)與算法。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.3計算機(jī)圖形處理技術(shù)與算2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

1.圖形生成技術(shù)與算法

(1)基于圖形設(shè)備的基本圖形元素的生成算法如光柵顯示器生成直線、圓弧、規(guī)則曲線、封閉區(qū)域填充等。直線的生成常用DDA(DigitalDifferentialAnalyzer)法或Bresenham法，即根據(jù)直線的微分方程或斜率求解并繪制直線。(2)曲線曲面的生成方法一般規(guī)則曲線、曲面可按其參數(shù)方程生成。自由曲線曲面則需要由不規(guī)則的、離散數(shù)據(jù)加以構(gòu)造，通常采用插值運(yùn)算或曲線擬合法。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)1.圖形生成技術(shù)與算法上一頁下一2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(3)布爾運(yùn)算是幾何建模中的核心算法，通過求交、并、差等運(yùn)算將基本的幾何體拼合成所需的任意復(fù)雜的物體。布爾運(yùn)算的基礎(chǔ)是幾何運(yùn)算。

(4)不同字體中、西文點(diǎn)陣表示以及矢量字符的生成中國制訂了漢字代碼的國家標(biāo)準(zhǔn)字符集。為了在終端顯示器或繪圖儀上輸出字符，系統(tǒng)中必須裝備相應(yīng)的字符庫。字符庫中存儲了每個字符的形狀信息，分矢量型和點(diǎn)陣型兩種。矢量型字符庫采用矢量代碼序列表示字符的各筆畫，如AutoCAD中的圖形文件定義的字符。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(3)布爾運(yùn)算是幾何建模中的核心2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

2.圖形的編輯修改技術(shù)和算法

(1)圖形裁剪由窗口觀察圖形，會產(chǎn)生這樣的問題，即有哪些圖形位于窗口之內(nèi)，哪些圖形位于窗口之外。在圖形顯示、輸出時，位于窗口之內(nèi)的圖形可見;位于窗口之外的圖形要被裁剪掉，為不可見。裁剪的對象是各類圖形元素，如點(diǎn)、線段、曲線、多邊形以及字符等。圖形裁剪常用的算法有編碼算法、矢量線段裁剪法、中點(diǎn)分割法。在裁剪對象中，點(diǎn)和直線是最基本的。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.圖形的編輯修改技術(shù)和算法上一2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(2)圖形變換圖形變換包括圖形的比例縮放、對稱變換、錯切變換、旋轉(zhuǎn)變換、平衡變換等內(nèi)容。2.2.4圖形變換對于計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)來說，不僅能用圖形基元素的集合構(gòu)成復(fù)雜的二維靜態(tài)圖形，而且還可以通過三維的幾何體來定義零件的空間模型，并能使之圍繞任一指定的軸旋轉(zhuǎn)，以便從某一最有利的角度去觀察它，對它進(jìn)行修改。軟件的這些功能是指基于圖形變換的原理實(shí)現(xiàn)的，而圖形變換是計算機(jī)圖形處理的基本內(nèi)容之一。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(2)圖形變換圖形變換包括圖形的2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

1.窗口、視區(qū)變換(1)窗口與視區(qū)的概念窗口是用戶圖形域的一部分，它的作用是把用戶最感興趣的那部分圖形取出，放在屏幕上或在屏幕的某一指定區(qū)域中顯示出來。在二維圖形中，窗口通常被定義為一矩形區(qū)域，它的大小和位置在用戶坐標(biāo)中用4個變量表示(如圖2一3所示)。這4個變量分別表示窗口下角的坐標(biāo)(W1，W3)和右上角點(diǎn)的坐標(biāo)(W2，W4)。在矩形區(qū)域內(nèi)的圖形，計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)認(rèn)為是可見的，而在矩形區(qū)域外的圖形則被認(rèn)為是不可見的。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)1.窗口、視區(qū)變換上一頁下一頁返2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

視區(qū)是一個與設(shè)備密切相關(guān)的概念，是指將窗口內(nèi)的圖形全部或部分地復(fù)制到圖形輸出設(shè)備上，如顯示屏、繪圖儀等。視區(qū)在屏幕上的顯示大小與位置可通過4個變量(V1,V3)和(V2,V4)來表示，如圖2一3所示。在計算機(jī)繪圖過程中，顯示屏上可以分布多個視區(qū)，以便從不同的角度去觀察圖形。窗口與視區(qū)可以多層嵌套，還可定義為圓形、多邊形或其他異形窗口。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)視區(qū)是一個與設(shè)備密切相關(guān)的概念，2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(2)窗口、視區(qū)變換視區(qū)的圖形是從窗口內(nèi)的圖形復(fù)制來的，但兩者的比例在絕大多數(shù)情況下是不相等的。要想準(zhǔn)確地控制兩者之間的大小關(guān)系，必須進(jìn)行坐標(biāo)變換。圖2-4所示為窗口與視區(qū)交換示意，按照比例關(guān)系可以推導(dǎo)出上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(2)窗口、視區(qū)變換視區(qū)的圖形是2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)由上式可看出:a.視區(qū)不變，窗口縮小或放大時，顯示的圖形也相應(yīng)放大或縮小;b.窗口不變，視區(qū)縮小或放大時，顯示的圖形也相應(yīng)縮小或放大;c.視區(qū)縱橫比不等于窗口的縱橫比時，顯示的圖形也會有伸縮變化;d.窗口與視區(qū)的大小相同且坐標(biāo)原點(diǎn)也相同時，顯示的圖形大小不變?？梢?，采用窗口技術(shù)可選取整體圖形中的部分圖形來進(jìn)行處理，但要將窗口內(nèi)的圖形正確無誤地從整體圖中分離出來，還需應(yīng)用圖形的裁剪技術(shù)，即對落在窗口邊框上的圖形進(jìn)行裁剪，僅保留窗口內(nèi)的圖形。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)由上式可看出:上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

2.二維圖形的幾何變換在二維平面中，任何圖形都可以認(rèn)為是點(diǎn)的集合，圖形變換的實(shí)質(zhì)就是在保持坐標(biāo)系不變的情況下改變組成圖形的點(diǎn)的坐標(biāo)值。(1)基本變換原理在二維空間，一個點(diǎn)通常是用兩個坐標(biāo)(x,y)來表示，寫成矩陣形式為[x,y]或。在計算機(jī)圖形處理過程中，點(diǎn)的坐標(biāo)變換是通過變換矩陣來實(shí)現(xiàn)的。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.二維圖形的幾何變換上一頁下一2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)設(shè)變換矩陣,將點(diǎn)的[xy]與變換矩陣相乘，變

換后點(diǎn)的坐標(biāo)記作[x’,y’]，有變換后新點(diǎn)的坐標(biāo)為（Ax+Cy,Bx+Dy),其位置取決于變量A、B、C、D的值。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)設(shè)變換矩陣2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(2)基本變換類型二維圖形的幾何變換主要有比例變換、對稱變換、錯切變換、旋轉(zhuǎn)變換和平移變換等幾種基本類型。①比例變換當(dāng)B=C=O，且A、D>0時，即

時，產(chǎn)生比例變換。a.恒等變換。當(dāng)A=D=1時，[x’y’]=[xy]。這是比例變換的特例。b.位似變換。當(dāng)A=D時，[x'y']=[AxAy]，即以相同的比例因子在X,Y兩個坐標(biāo)方向進(jìn)行縮放。這也是比例變換的特殊情況。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(2)基本變換類型二維圖形的幾何變2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)c.放大變換。當(dāng)A,D>1時，[x'y'}=[AxDy]>[xY]d.縮小變換。當(dāng)A,D<1時，[x'y'}=[AxDy]<[xY]e.不等比變換。當(dāng)A不等于D時，圖形在X,Y兩處方向以不同的比例變換。②對稱變換(反射變換、鏡像變換)。當(dāng)B=C=O，且A,D不全為正時，產(chǎn)生對稱變換。a.關(guān)于Y軸的對稱變換。A=一1,D=1時，b.關(guān)于X軸的對稱變換。A=1,D=一1時，上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)c.放大變換。當(dāng)A,D>1時，2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)c.關(guān)于原點(diǎn)對稱變換。A=-1,D=-1時，

③錯切變換。當(dāng)A=D=1,B,C不全為0時，產(chǎn)生錯切變換。錯切變換又可分為下面幾種。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)c.關(guān)于原點(diǎn)對稱變換。A=-1,D2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)④旋轉(zhuǎn)變換。當(dāng)時，

時，產(chǎn)生繞坐標(biāo)原點(diǎn)(0,0)旋轉(zhuǎn)角度的變換。旋轉(zhuǎn)角逆時針方向?yàn)檎槙r針方向?yàn)樨?fù)。

⑤平移變換。動用2x2階變換矩陣不能實(shí)現(xiàn)平移，計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)是通過齊次坐標(biāo)來解決這一問題的。所謂齊次坐標(biāo)是將一個n維分向量用n+1維的分向量來表示，因此，平移變換需要3x3階矩陣，其變換矩陣M為上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)④旋轉(zhuǎn)變換。當(dāng)2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(3)組合變換上面提及的變換方式都是一些特殊的情況，而通常情況下，計算機(jī)圖形處理面臨的圖形是按任意的、不定的方式進(jìn)行變換。解決這個問題的思路是將圖形連續(xù)地進(jìn)行多次基本變換，即進(jìn)行所謂的組合變換。組合變換的矩陣也是由幾個基本變換的矩陣按順序相乘而得到。在進(jìn)行組合變換時，變換順序十分重要。如圖2一5(a)所示的三角形，若先將其沿坐標(biāo)原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)900，然后平移M=l0,N=0，變換后得到的圖形如圖2一5(c)所示。若將順序顛倒過來，即先平移后旋轉(zhuǎn)，則會得到如圖2一5(b)所示的圖形。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(3)組合變換上面提及的變換方式2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

3.三維圖形的幾何變換三維圖形的幾何變換是二維圖形幾何變換的簡單擴(kuò)展。對三維空間的點(diǎn)(x,y,z)，可用齊次坐標(biāo)表示為(x,y,z,l)。因此三維空間幾何圖形變換矩陣M為4x4階矩陣，即此矩陣可分為四部分，其中左上角部分產(chǎn)生三維比例、對稱、錯切和旋轉(zhuǎn)變換;左下角部分產(chǎn)生平移交換;右上角部分產(chǎn)生透視變換;右下角部分產(chǎn)生全比例變換。三維空間幾何圖形變換后的點(diǎn)坐標(biāo)可表示成上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)3.三維圖形的幾何變換上一頁下一2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)上式中A,E,J分別控制圖形在X,Y,Z坐標(biāo)軸上的比例因子。若A=E=H=1,S不等于1，則S可使整個圖形按同一比例放大或縮小。(3)對稱變換下面介紹三維圖形關(guān)于坐標(biāo)平面對稱變換的情況。①關(guān)于XY平面的對稱變換，其變換矩陣為上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)上式中A,E,J分別控制圖形在X,2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)②關(guān)于YZ平面的對稱變換，其變換矩陣為③關(guān)于ZX平面的對稱變換，其變換矩陣為上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)②關(guān)于YZ平面的對稱變換，其變換矩2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(4)錯切變換與二維圖形類似，三維錯切變換是指圖形是按X,Y,Z三個方向同時錯切變換。其變換矩陣為(5)旋轉(zhuǎn)變換①繞Z軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣，其變換矩陣為上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(4)錯切變換與二維圖形類似，三2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)②繞X軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣，其變換矩陣為③繞Y軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣，其變換矩陣為上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)②繞X軸旋轉(zhuǎn)的變換矩陣，其變換矩陣2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(6)投影變換目前大多數(shù)CAD/CAM軟件都具有根據(jù)三維圖形生成工程圖的功能。工程圖中的各向視圖也是通過變換矩陣而得，這種變換稱為三面投影變換。下面介紹三種視圖變換矩陣。①主視圖的變換矩陣。取XY平面上的投影為主視圖，只需將三維圖形的全部Z坐標(biāo)變?yōu)榱?，其變換矩陣為上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(6)投影變換目前大多數(shù)CAD/2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

②俯視圖的變換矩陣。取XZ平面上的投影并展開與XY平面為同一個平面，為使俯視圖與主視圖間保持一定的距離，還應(yīng)將其下移一個d值。因此，俯視圖的矩陣實(shí)際上是一個投影、繞X軸旋轉(zhuǎn)90°、沿Y方向平移得到的一個復(fù)合矩陣，即上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)②俯視圖的變換矩陣。取XZ平面上2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)③左視圖的變換矩陣。與俯視圖變換矩陣一樣，左視圖的變換矩陣也是一個復(fù)合矩陣，由一個投影矩陣、繞Y軸旋轉(zhuǎn)90°矩陣和沿X方向平移矩陣復(fù)合而成，即上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)③左視圖的變換矩陣。與俯視圖變換矩2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(7)透視變換在三維空間里，當(dāng)以視點(diǎn)為投影中心，將三維物體投影于某投影平面時，便在該平面內(nèi)產(chǎn)生三維物體的像，這就是透視投影，又稱中心投影。

圖2一6所示為透視投影示意。水平面A上有一個正方形abcd，在視點(diǎn)。與物體之間用一不通過。點(diǎn)的平面B切斷視線，在平面B上所載得的圖形a'b’c’d’即為透視變換所形成的像，平面B稱為像平面。在透視投影圖中，圖形的大小與相互間的關(guān)系并不一定與原圖完全一致。如原圖中ad=be，由于be離視點(diǎn)較遠(yuǎn)，在透視圖中b'c'<a'd'。除此之外，原來相互平行的ab與dc，在透視圖中不再平行，而是兩者的延長線可以相交于一點(diǎn)，該點(diǎn)稱為消失點(diǎn)或滅點(diǎn)。當(dāng)滅點(diǎn)位于坐標(biāo)軸上時，稱為主滅點(diǎn)。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(7)透視變換在三維空間里，當(dāng)以2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.5參數(shù)化與變量化繪圖一個新型產(chǎn)品，從設(shè)計到定型，往往要經(jīng)歷反復(fù)的修改和優(yōu)化;定型之后，還要針對不同的規(guī)格形成系列產(chǎn)品。這些都需要產(chǎn)品的設(shè)計圖形能夠隨著結(jié)構(gòu)尺寸的修改或規(guī)格系列的變化而自動生成。而早期的CAD系統(tǒng)設(shè)計出的工程圖紙僅僅只是基本的幾何圖素的拼接，并沒有包含圖形內(nèi)在的拓?fù)潢P(guān)系和尺寸約束，因而不能隨意修改。近年來出現(xiàn)的參數(shù)化與變量化繪圖可以有效地解決這一矛盾。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.5參數(shù)化與變量化繪圖上一2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

1.參數(shù)化與變量化繪圖的基本概念參數(shù)化繪圖是指設(shè)計圖形的拓?fù)潢P(guān)系不變，尺寸形狀由一組參數(shù)進(jìn)行約束。圖2一8(a)所示為一圖形參數(shù)化模型，它定義了各部分尺寸的參數(shù)變量名。通過修改參數(shù)變量值，可以得到如圖2一8(b)所示的各種情況。因此，參數(shù)與圖形的控制尺寸是一種顯示的對應(yīng)關(guān)系，不同的參數(shù)變量值驅(qū)動產(chǎn)生大小不同的幾何形狀。

變量化繪圖是指設(shè)計圖形的修改自由度不僅包括尺寸形狀參數(shù)，而且還包括拓?fù)潢P(guān)系，甚至工程計算條件，修改余地更大，可變元素更多，設(shè)計結(jié)果受到一組約束議程的控制與驅(qū)動。因此，參數(shù)化繪圖與變量化繪圖在本質(zhì)上是一致的，都是在約束的基礎(chǔ)上驅(qū)動產(chǎn)生新的圖形，不同的僅僅是約束自由度的范圍。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)1.參數(shù)化與變量化繪圖的基本概念2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

2.參數(shù)化繪圖的實(shí)現(xiàn)方法(1)建立幾何拓?fù)淠Ｐ褪菂?shù)化繪圖的前提。根據(jù)設(shè)計圖形的要求，利用CAD系統(tǒng)的草圖器(Sketch)繪制草圖并加以約束，建立幾何拓?fù)淠Ｐ?。一些基于參?shù)化設(shè)計的CAD/CAM軟件，如Pro/Engineer。和UGII等，都提供了十分方.便的草圖繪制工具。(2)進(jìn)行參數(shù)化標(biāo)注在幾何拓?fù)淠Ｐ偷幕A(chǔ)上，分析其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制尺寸，標(biāo)注參數(shù)變量。參數(shù)變量的值可以根據(jù)需要確定，也可以用默認(rèn)值。但要注意的是，參數(shù)標(biāo)注應(yīng)與工程圖紙上的標(biāo)注一致。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.參數(shù)化繪圖的實(shí)現(xiàn)方法上一頁下2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)

(3)推導(dǎo)參數(shù)表達(dá)式模型中的一些參數(shù)往往并不是獨(dú)立的，經(jīng)常會有一些關(guān)聯(lián)，當(dāng)其中一些參數(shù)發(fā)生變化時，另外一些參數(shù)也會隨之一起變化。建立參數(shù)之間的表達(dá)式，可以有效地減少參數(shù)變量。

(4)編制程序?qū)⒁陨系姆治鼋Y(jié)果編制成計算機(jī)程序，以備后用。3.變量化繪圖的實(shí)現(xiàn)方法目前，實(shí)現(xiàn)變量化繪圖的方法歸納起來主要有下面幾種:整體求解法、局部求解法、幾何推理法和輔助線求解法。上一頁下一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)(3)推導(dǎo)參數(shù)表達(dá)式模型中的一些2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.6交互式繪圖交互式設(shè)計是CAD的主要形式，它是指設(shè)計人員將設(shè)計構(gòu)思輸入系統(tǒng)，系統(tǒng)對構(gòu)思加以描述、整理輸出給技術(shù)人員;技術(shù)人員進(jìn)行修改、補(bǔ)充后再輸入到計算機(jī)，再由系統(tǒng)進(jìn)行分析、判斷，將結(jié)果輸出;如此循環(huán)往復(fù)，直到設(shè)計滿意為止的全過程。顯然交互式設(shè)計需要交互式繪圖系統(tǒng)的支撐環(huán)境，交互式繪圖的過程可以分解為一系列基本操作，每個基本操作都可以完成一些特定的任務(wù)，歸納起來主要有定位、定量、選擇、拾取和文本等五項(xiàng)任務(wù)。許多圖形軟件如AutoCAD都是交互式繪圖軟件。上一頁返回2.2計算機(jī)圖形處理技術(shù)2.2.6交互式繪圖上一頁返回2.3幾何建模與特征建模

幾何造型(又稱幾何建模)技術(shù)是20世紀(jì)70年代中期發(fā)展起來的一種通過劉算機(jī)表示、控制、分析和輸出幾何實(shí)體的技術(shù)，其實(shí)質(zhì)就是以計算機(jī)能夠理解的方式，對物體進(jìn)行確切的定義，賦予一定的數(shù)學(xué)描述，再用一定的數(shù)拒結(jié)構(gòu)形式對所定義的物體加以描述，從而在計算機(jī)內(nèi)部構(gòu)造出物體的模型。幾何造型是CAD/CAM系統(tǒng)中的基礎(chǔ)技術(shù)，幾何模型是設(shè)計與制造的原始依據(jù)。幾何造型過程中，對物體的描述和表達(dá)包含幾何信息和拓?fù)湫畔煞矫娴膬?nèi)容。幾何信息是指物體的形狀及屬性(如顏色、紋理等);拓?fù)湫畔t是指構(gòu)成物體的各分量的數(shù)目及相互之間的連接關(guān)系。下一頁返回2.3幾何建模與特征建模幾何造型(又稱幾何建模)技術(shù)是22.3幾何建模與特征建模

根據(jù)造型空間的不同，可將幾何造型分為二維造型和三維造型兩類。按照對幾何信息與拓?fù)湫畔⒌拿枋黾按鎯Ψ椒ǖ牟煌?，三維幾何造型又可分為線框造型、曲面造型和實(shí)體造型。隨著CAD/CAM集成化程度的提高，對產(chǎn)品進(jìn)行描述的工程信息量也越來越大，幾何造型技術(shù)已經(jīng)很難滿足這種需要，因而在幾何造型的基礎(chǔ)之上，近年來又出現(xiàn)了一種新的造型技術(shù)—特征造型(又稱特征建模)。目前，一些高檔的商用CAD/CAM軟件系統(tǒng)，如I一DEAs,UGB,Pro/Engineer等，都是基于特征造型的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的。下面主要介紹三維幾何造型與特征造型。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模根據(jù)造型空間的不同，可將幾何造型2.3幾何建模與特征建模2.3.1線框造型

1.線框造型《WireframeModeling)的原理線框造型是CAD/CAM發(fā)展過程中應(yīng)用最早，也是最為簡單的一種造型方法。20世紀(jì)60年代，最初出現(xiàn)的線框造型技術(shù)僅僅局限在二維平面，用戶需要逐點(diǎn)、逐線地構(gòu)造模型，其目的是用計算機(jī)取代手工繪圖。隨著計算機(jī)圖形變換理論的發(fā)展，三維線框造型系統(tǒng)才迅速發(fā)展起來。三維線框造型通過基本線素來定義產(chǎn)品的棱線部分而構(gòu)成立體框架圖。用這種方法生成的模型是由一系列的直線、圓弧、點(diǎn)以及自由曲線組成。關(guān)于線框模型的幾何信息和拓?fù)湫畔⒌臄?shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)部是以表結(jié)構(gòu)的形式處理和存儲的。如圖2一9所示，線框模型的各元素按體、邊、點(diǎn)的層次結(jié)構(gòu)清晰地順序排列。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.3.1線框造型上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模

2.線框造型的特點(diǎn)從圖2一9所示的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以看出，線框模型的邊與邊之間沒有關(guān)系，即沒有構(gòu)成面的信息。因此，線框模型不存在內(nèi)外表面的區(qū)別，甚至在有些情況下，還會出現(xiàn)由于信息不完整而使圖形存在多義性的可能，如圖2一10所示。線框造型的優(yōu)勢在于因信息量少而使數(shù)據(jù)運(yùn)算簡單，所占存儲空間小，并且對計算機(jī)硬件需求不高，容易掌握，處理時間短，具有‘良好的時間響應(yīng)特性。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.線框造型的特點(diǎn)上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模2.3.2曲面造型曲面造型(SurfaceModeling)也稱為表面造型，是通過對物體的各種表面或曲面進(jìn)行描述的一種三維造型方法。曲面造型是CAD和計算機(jī)圖形學(xué)中最活躍、最關(guān)鍵的學(xué)科之一，主要適用于表面不能用簡單的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述的復(fù)雜物體型面，如汽車、飛機(jī)、船舶、水利機(jī)械和家用電器等產(chǎn)品的外觀設(shè)計以及地形地貌、石油分布、山脈、云彩等物體的形狀模擬。同樣，曲面造型在模具CAD中起著舉足輕重的作用，如在復(fù)雜塑料產(chǎn)品的造型、分型面的設(shè)計、開模等，都離不開曲面造型的應(yīng)用。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.3.2曲面造型上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模

1.曲面造型的原理曲面造型時，先將復(fù)雜的外表面分解成為若干個組成面，然后根據(jù)一塊塊組成面定義出基本面素，最后利用合并、連接、修剪和延伸等方式將各基本面素拼接出物體表面，如圖2一11所示。在計算機(jī)內(nèi)部，曲面造型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)仍為表結(jié)構(gòu)，除了線框造型中的點(diǎn)表與邊表之外，曲面造型的數(shù)據(jù)還提供了面素。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模1.曲面造型的原理上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模

2.曲面造型中的基本面素(1)平面(Plan)用三點(diǎn)定義一個平面，常用作剖切面，如模具開模時的分型面。圖2一12(a)所示的圖形即為平面。

(2)規(guī)則面(Ruledsurface)是指引導(dǎo)線為兩條空間曲線，母線為直線，其端點(diǎn)必須沿引導(dǎo)線移動的曲面，如圖2一12(b)所示。

(3)旋轉(zhuǎn)面(Surfaceofrevolution)利用空間一條平面曲線繞與其不相交的任意空間軸線旋轉(zhuǎn)而形成的曲面為旋轉(zhuǎn)面，如圖2一12(c)所示。

(4)柱狀面(Tabualatedcylinder)將一平面曲線沿一垂直于該面方向移動某一距離而生成的曲面，如圖2一12(d)所示。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.曲面造型中的基本面素上一頁下2.3幾何建模與特征建模

(5)貝賽爾(Bezier)曲面1962年，法國雷諾汽車公司的貝賽爾提出了以他自己名字命名的曲線、曲面造型方法，是一組空間輸入點(diǎn)的近似曲面，并不一定通過點(diǎn)，不具備局部控制的功能。如圖2一12(e)所示，定義的點(diǎn)并不全在曲面上。

(6)B樣條曲面也是由一組輸入點(diǎn)擬合的曲面，可以進(jìn)行局部控制，如圖2-12(f)所示。(7)(昆氏(Coons)曲面由封閉的邊界曲線組成的曲面，如圖2-12(g)所示。(8)圓角面(Filletsulfate)為兩曲面間的過渡曲面，性質(zhì)是B樣條曲面，如圖2一12(h)所示。(9)等距離面(OffsetSurface)形狀相同而尺寸不同的一組曲面，如圖2一12(i)所示。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模(5)貝賽爾(Bezier)曲2.3幾何建模與特征建模

3.曲面造型的特點(diǎn)由于曲面造型增加了面素的信息，因而在提供三維實(shí)體的信息的完整性、嚴(yán)密性方面比線框造型更進(jìn)了一步。曲面造型克服了線框造型的許多缺點(diǎn)，并且能夠比較完整地定義三維立體的表面，所能描述的內(nèi)容范圍廣。曲面造型可以實(shí)現(xiàn)消隱、著色、表面積計算、曲面求交、刀具軌跡生成及有限元網(wǎng)格劃分等功能。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模3.曲面造型的特點(diǎn)上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模2.3.3實(shí)體造型

1.實(shí)體造型《SoldModeling)的原理實(shí)體造型是20世紀(jì)70年代后期逐漸發(fā)展完善起來的一種造型技術(shù)。實(shí)體造型的標(biāo)志就是在計算機(jī)內(nèi)部，以實(shí)體描述物體，它記錄了實(shí)體全部的點(diǎn)、線、面、體的拓?fù)湫畔?，是?dāng)代CAD技術(shù)發(fā)展的主流。由于該種造型方法可方便實(shí)現(xiàn)實(shí)體的消隱、剖切、有限元網(wǎng)格劃分、數(shù)控加工刀具軌跡生成，并且具有‘著色、光照、紋理處理等功能，所以它在CAD/CAM領(lǐng)域以外也有廣泛的應(yīng)用，如廣告、動畫等。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.3.3實(shí)體造型上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模實(shí)體造型是利用一些體素通過布爾運(yùn)算生成復(fù)雜形體的一種造型技術(shù)。其主要內(nèi)容包含體素定義與描述和體素之間的布爾運(yùn)算。體素的定義與描述有兩種方法:一種為基本體素法;另一種為掃描法。基本體素如長方體、圓柱體，球體、錐體、圓環(huán)體等,如圖2一13所示。由于這些體素形狀簡單，因而只需通過少量參數(shù)進(jìn)行描述。如長方體通過長、寬、高、基點(diǎn)和方向來定義。復(fù)雜程度較高的零件可用多個基本體素進(jìn)行布爾運(yùn)算。布爾運(yùn)算是一種集合運(yùn)算方式，通過集合運(yùn)算將兩個或兩個以上的實(shí)體生成新的實(shí)體—布爾模型(BooleanModel)。布爾運(yùn)算有求并集、求交集和求差集三種運(yùn)算方式。圖2一14所示為基本體素的布爾運(yùn)算示意。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模實(shí)體造型是利用一些體素通過布爾運(yùn)算2.3幾何建模與特征建模

掃描法是一種與二維系統(tǒng)密切結(jié)合的、常用于棱柱體或旋轉(zhuǎn)體生成的一種實(shí)體生成方法。掃描方式運(yùn)用該方法生成實(shí)體需要兩個條件:一個是掃描截面;一個是掃描路徑。根據(jù)掃描路徑可將掃描分為平移掃描和旋轉(zhuǎn)掃描兩種方式，如圖2一15所示。通過掃描變換可以生成某些用基本體素法難于定義和描述的物體模型。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模掃描法是一種與二維系統(tǒng)密切結(jié)合的2.3幾何建模與特征建模

2.三維實(shí)體造型在計算機(jī)內(nèi)部的表示方式

(1)邊界表示法(B-Rep,BoundryRepresentat,ion)簡稱B一Rep法，首先在歐洲發(fā)展起來，并成為很多系統(tǒng)的基礎(chǔ)。這些系統(tǒng)的基本設(shè)想是把物體定義為封閉的邊界表面圍成的有限空間，封閉邊界用面的子集來表示，而每一個面又將通過邊、邊通過點(diǎn)、點(diǎn)通過三個坐標(biāo)值來定義。因此，邊界表示法強(qiáng)調(diào)的是形體外表的細(xì)節(jié)，詳細(xì)記錄了構(gòu)成幾何形體的所有幾何信息和拓?fù)湫畔ⅲ淠Ｐ椭械臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，如圖2一16所示。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.三維實(shí)體造型在計算機(jī)內(nèi)部的表2.3幾何建模與特征建模

(2)構(gòu)造立體幾何法(ConstructiveSolidGeometry)構(gòu)造立體幾何法簡稱CSG法，它不是通過邊界平面和邊界線來定義實(shí)體，而是通過基本體素進(jìn)行布爾運(yùn)算來表示，所以該方法又稱為體素構(gòu)造法。這里要注意的是，一個物體可以通過不同的CSG結(jié)構(gòu)來描述，如圖2一16中的物體就有圖2一18所示兩種情況。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模(2)構(gòu)造立體幾何法(Const2.3幾何建模與特征建模

(3)混合模式(HybridModel)為B-Rep與CSG兩種方法的結(jié)合起來使用。雖然目前還沒有清楚的界線將混合模式與純B-Rep法或純CSG法區(qū)分開來，但這種方法在CAD/CAM系統(tǒng)中卻應(yīng)用廣泛。

上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模(3)混合模式(HybridM2.3幾何建模與特征建模綜前所述，B-Rep法側(cè)重于面、邊界，因此在圖形處理上有明顯的優(yōu)點(diǎn)，尤其是探討物體詳細(xì)的幾何信息時，邊界表示法的數(shù)據(jù)模型可以較快地生成面線框模型或面模型。CSG法則強(qiáng)調(diào)過程，在整體形狀定義方面精確、嚴(yán)格，然而不具備構(gòu)成物體的各個面、邊界、點(diǎn)的拓?fù)潢P(guān)系，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單，無論是存儲的數(shù)據(jù)量，還是程序量，CSG法均比B-Rep法簡潔。所以有人在B-Rep法和CSG法的基礎(chǔ)之上提出了一個新的設(shè)想，即在原來CSG樹的結(jié)點(diǎn)上再擴(kuò)充一級邊界數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如圖2-20所示)，以便達(dá)到實(shí)現(xiàn)快速顯示圖形的目的。因此，混合模式可以理解為是在CSG系統(tǒng)基礎(chǔ)上的一種邏輯擴(kuò)展。在這種混合模式中，起主導(dǎo)作用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)仍是CSG的二叉樹結(jié)構(gòu)，所以邊界表示法中有一些優(yōu)點(diǎn)，如便于局部修改等，在混合模式中仍然無濟(jì)于事，而CSG法的所有特點(diǎn)則完全被繼承在這種模式中。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模綜前所述，B-Rep法側(cè)重于面、邊2.3幾何建模與特征建模

3.實(shí)體造型的發(fā)展趨勢隨著CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，實(shí)體造型技術(shù)也在不斷發(fā)展。近幾年關(guān)于三維實(shí)體在計算機(jī)內(nèi)表達(dá)方法上有如下幾種發(fā)展趨勢。a.采用混合模式，如混合使用線框造型、曲面造型、實(shí)體造型，在實(shí)體造型又混合使用B-Rep法和CSG法;b.以精確表示形式存儲曲面、實(shí)體模型;c.引入?yún)?shù)化、變量化的造型方法，以便產(chǎn)品設(shè)計過程中的修改;d.采用特征造型，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)集成。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模3.實(shí)體造型的發(fā)展趨勢上一頁下一2.3幾何建模與特征建模2.3.4特征造型特征造型被譽(yù)為CAD/CAM技術(shù)發(fā)展史上新的里程碑，它的出現(xiàn)和發(fā)展為解決CAD/CAPP/CAM集成提供了一種新的理論基礎(chǔ)和方法。

1.特征的定義特征是一個綜合概念，它作為“產(chǎn)品開發(fā)過程中的各種信息載體”，一方面包含了實(shí)體的幾何信息和拓?fù)湫畔ⅲ硪环矫孢€包含了產(chǎn)品在設(shè)計與制造過程的非幾何信息，如材料信息、尺寸信息、形位公差信息、熱處理信息、表面粗糙度信息和刀具信息等。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.3.4特征造型上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模

2.特征造型的框架特征造型通常由形狀特征、精度特征、材料特征等組成。特征造型的框架結(jié)構(gòu)如圖2一21所示。其中，形狀特征、精度特征和材料特征分別對應(yīng)各自的特征庫，從中獲取特征描述信息。產(chǎn)品的數(shù)據(jù)庫就建立在這些特征庫的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫之間實(shí)現(xiàn)雙向交流。造型后產(chǎn)品信息送入到產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，并隨著造型過程而不斷修改，而造型過程中所需的參數(shù)則從庫中查詢。形狀特征是描述產(chǎn)品的最基本特征，是特征造型的核心和基礎(chǔ)。因此目前關(guān)于特征的分類方法大都是以形狀特征為主進(jìn)行的。常見的形狀特征類型如圖2一22所示。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模2.特征造型的框架上一頁下一頁返2.3幾何建模與特征建模

3.特征表達(dá)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征表達(dá)主要有兩方面內(nèi)容:一是表達(dá)幾何形狀的信息，一是表示屬性或非幾何信息。根據(jù)幾何形狀的信息和屬性在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的關(guān)系，可分為集成表達(dá)和分離表達(dá)兩種特征表達(dá)模式。前者是將屬性信息與幾何形狀信息集成地表達(dá)在同一內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，而后者是指將屬性信息表達(dá)在與幾何形狀信息分離的外部結(jié)構(gòu)中。上一頁下一頁返回2.3幾何建模與特征建模3.特征表達(dá)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上一頁下一2.3幾何建模與特征建模

4.特征造型的特點(diǎn)

a.特征造型使產(chǎn)品的設(shè)計工作不只是停留在底層的幾何信息與拓?fù)湫畔⑸?，而是建立在起點(diǎn)比較高的功能模型上。特征的引用不僅直接體現(xiàn)了設(shè)計意圖，而且直接對應(yīng)著加工方法.b.特征造型以計算機(jī)能夠理解的和能夠處理的統(tǒng)一產(chǎn)品模型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計等，它使得產(chǎn)品設(shè)計與原來后續(xù)的各個環(huán)節(jié)并行展開，系統(tǒng)內(nèi)部信息共享，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的CAD/CAPP/CAM集成，且支持并行工程。c.有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、制造方法的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、規(guī)范化，使得產(chǎn)品在設(shè)計時就考慮加工、制造要求，保證產(chǎn)品有較好的工藝性，可制造性，從而降低產(chǎn)品的成本。上一頁返回2.3幾何建模與特征建模4.特征造型的特點(diǎn)上一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

裝配是整個機(jī)械制造過程的后期工作，將各種零部件經(jīng)過正確的組織、定位以形成最終的產(chǎn)品。如何將零件裝配成產(chǎn)品并達(dá)到所要求的設(shè)計裝配精度，這是裝配過程中所要解決的問題。在CIMS環(huán)境下，計算機(jī)輔助裝配技術(shù)不僅能夠提供指導(dǎo)裝配操作的技術(shù)文件，并為擴(kuò)大CAD/CAPP/CAM的集成范圍提供了條件。另外，計算機(jī)輔助裝配技術(shù)還能及時向產(chǎn)品設(shè)計的CAD系統(tǒng)反饋裝配過程中的各種信息，便于用戶詳細(xì)地了解裝配過程的每一個細(xì)節(jié)，滿足并行工程的需要。下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

裝配是整個機(jī)械制造過程的后期工作，將2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

CAD系統(tǒng)提供的裝配功能不僅能快速組合零部件成產(chǎn)品，而且在裝配中，可參照其他部件進(jìn)行部件關(guān)聯(lián)設(shè)計，并可對裝配模型進(jìn)行間隙分析、質(zhì)量管理等操作。裝配模型生成后，可建立爆炸視圖，并可將其引入到裝配工程圖中;同時，在裝配工程圖中可自動產(chǎn)生裝配明細(xì)表。本節(jié)主要介紹一般CAD系統(tǒng)中基本裝配造型的實(shí)現(xiàn)及使用方法。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

CAD系統(tǒng)提供的裝配功能不僅能快速組2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.1裝配模型一個復(fù)雜產(chǎn)品可以看成由多個部件組成，每個部件又可根據(jù)復(fù)雜程度的不同繼續(xù)劃分為下一級的子部件，以此類推，直至零件。這就是對產(chǎn)品的一種層次描述，采用這種描述可以為產(chǎn)品的設(shè)計、制造和裝配帶來很大的方便。同樣地，產(chǎn)品的計算機(jī)裝配模型也可以表示成這種層次關(guān)系，如圖2一25所示。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.1裝配模型上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

1.部件組成裝配的基本單元叫部件(Component)。一個裝配是由一系列部件按照一定的約束關(guān)系組合在一起的。部件是一個包封的概念，一個部件可以包含一個零件或一個子裝配，甚至可以什么都不包含，也就是空部件。部件可以任意嵌套。部件既可以在當(dāng)前的裝配文件中創(chuàng)建，也可以在外部裝配模型文件中創(chuàng)建，然后引用到當(dāng)前文件中來。

2.根部件根部件(Rootcomponent)是裝配模型的最頂層結(jié)構(gòu)，也是裝配模型的圖形文件名。當(dāng)創(chuàng)建一個新裝配模型文件時，根部件就自動產(chǎn)生，此后引入該圖形文件的任何零件都會跟在該根部件之后。注意，根部件不是一個具體零部件，而是一個裝配體的總稱。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

1.部件上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

3.基部件基部件(Basecomponent)是放到裝配中的第一個部件，它和零件造型中的基特征非常相似?；考荒鼙粍h除或者禁止，不能被陣列，也不能變成附加部件。它是裝配模型的最上層部件，其后引用的各個零部件在裝配樹中都要依次向后排列?；考谘b配模型中的自由度為零，無須施加任何裝配約束。因此，在裝配模型中，它是默認(rèn)不動的。

4.子裝配子裝配(Subassembly)本身也是裝配。子裝配是由一系列零件裝配而形成的附屬大于裝配體的一種較小的裝配體，它是裝配模型中邏輯上附屬于上層體系的一種零件組。在更高一層的裝配中，它將作為一個部件被裝配。合理地使用子裝配對于大型裝配有重要意義。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

3.基部件上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

5.裝配樹所有的部件添加在基部件上面，形成一個樹狀的結(jié)構(gòu)叫做裝配樹。整個裝配建模的過程可以看成是這棵裝配樹的生長過程，即從樹根開始，生長出一個一個的子樹枝(部件)，每個子樹枝再生長出子樹枝(子部件)，直至最后長出葉子(零件)。這樣，在一棵裝配樹中就記錄了零部件之間的全部結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及零部件之間的裝配約束關(guān)系。用戶可以從裝配樹中選取裝配部件，或者改變裝配部件之間的關(guān)系。6.部件樣本在實(shí)際的設(shè)計中，一個零件有可能在裝配模型中使用多次，這時可以對該零件制作多個拷貝，這樣的拷貝被稱為部件樣本(Instance)，習(xí)慣上把部件樣本的使用稱為部件引用。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

5.裝配樹上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.2裝配約束參數(shù)化的裝配造型根據(jù)實(shí)際的裝配過程建立不同部件之間的相對位置關(guān)系。一般通過裝配約束、裝配尺寸和裝配關(guān)系式等手段將部件組織到裝配中。裝配約束是最重要的裝配參數(shù)。有些系統(tǒng)把約束和尺寸共同參與裝配的操作也歸人裝配約束。組件在裝配過程中的定位有兩種情況，即絕對定位與約束關(guān)系定位。前者是指按用戶給定的位置來裝配組件，與其他組件的位置沒有關(guān)系。后者是指根據(jù)設(shè)計意圖，通過指定新增加組件與已有組件的位置約束關(guān)系定位。通過約束關(guān)系定位實(shí)際上就是限制組件在裝配中的自由度。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.2裝配約束上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

1.零件自由度分析剛體零件的運(yùn)動自由度DOF(DegreeofFreedom)描述了零件運(yùn)動的靈活性，自由度越大，零件運(yùn)動越靈活。三維空間中一個自由零件的自由度是6個，即3個繞坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動和3個沿坐標(biāo)軸的移動，此時，該零件能夠運(yùn)動到空間的任何位置.上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

1.零件自由度分析上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.裝配約束類型在裝配造型中經(jīng)常使用的裝配約束類型有下面幾類:(1)貼合貼合約束是最常用的裝配約束，它可以對所有類型的物體進(jìn)行定位安裝。使用貼合約束可以使一個零件上的點(diǎn)、線、面與另一個零件上的點(diǎn)、線、面貼合在一起。使用該裝配類型時要求兩個對象同類，例如，對于平面對象，它們共面且法線方向相反，如圖2一27(a)所示;對于圓錐面，要求角度相等，并對齊其軸線，如圖2一27(b)所示。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.裝配約束類型上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(2)對齊使用對齊約束可以使兩個零件產(chǎn)生共面或共線位置關(guān)系。當(dāng)對齊平面時，使兩個表面共面且法線方向相同，如圖2一28(a)所示;當(dāng)對齊圓柱、圓錐和圓環(huán)等對稱實(shí)體時是使其軸線相一致，如圖2一28(b)所示;當(dāng)對齊邊緣和線時，是使兩者共線。

(3)角度該裝配約束類型是在兩個對象間定義角度尺寸，用于約束相配組件到正確的方位上。角度約束可以在兩個具有方向矢量的對象間產(chǎn)生，角度是兩個方向矢量的夾角。這種約束允許配對不同類型的對象，例如可以在面和邊緣之間指定一個角度約束。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(2)對齊使用對齊約束可以使兩個零件產(chǎn)2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(4)平行使用平行約束可以使兩個零件上指定的線或平面生成平行聯(lián)系，平行約束使一個零件上的線或面(有方向性)與另一個零件上的線或面(方向相同)實(shí)現(xiàn)平行對正。(5)正交該約束類型約束兩個對象的方向矢量彼此垂直。(6)中心該約束類型約束兩個對象的中心，使其中心對齊，如圖2-29所示。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(4)平行使用平行約束可以使兩個零件上2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(7)距離距離約束用于指定兩個相配對象在三維空間的最小距離，此距離被稱為偏移量。偏移量可以像尺寸一樣被修改，它可以是正數(shù)，也可以是負(fù)數(shù)，還可以是00偏移量為0時該約束和貼合約束相同，也就是說，距離約束可以轉(zhuǎn)化為貼合約束，而貼合約束不能轉(zhuǎn)化為距離約束。(8)相切相切約束定義兩個對象相切。注意這種方式和貼合是相近的，只是兩個對象不要求完全一致重合，只要相切即可。

上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(7)距離距離約束用于指定兩個相配對2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

3.裝配約束規(guī)劃使用各種約束將會減少零件的自由度，每當(dāng)在兩個零件之間添加一個裝配約束，它們之間的一個或多個自由度就被消除了。例如，貼合約束中的共點(diǎn)約束去除了3個移動自由度;共線約束去除2個移動和2個轉(zhuǎn)動自由度;共面約束去除了1個移動和2個旋轉(zhuǎn)自由度;對齊約束去除了1個移動和2個轉(zhuǎn)動自由度等。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

3.裝配約束規(guī)劃上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

由裝配約束的自由度分析可知，任意的單個約束形式都無法完全確定零件之間的關(guān)系。一般情況下，一個部件的定位往往需要添加幾個約束，才能確定其位置。為了完全約束零件，必須采取不同的約束組合。在添加約束的過程中，要注意以下問題:a.優(yōu)先使用平面約束;b.優(yōu)先使用實(shí)體表面的約束;c.先后添加的約束不能矛盾;d.對稱的情況下盡量泰考對稱面。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

由裝配約束的自由度分析可知，任意的單2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.3裝配建模裝配建模過程是建立零部件裝配關(guān)系的過程。對數(shù)據(jù)庫中已存的系列產(chǎn)品零件、標(biāo)準(zhǔn)件以及外購件可通過裝配操作加入到裝配體中。1.零件設(shè)計首先，構(gòu)造裝配體中的所有零件的特征實(shí)體模型。對較復(fù)雜的設(shè)計對象，建議根據(jù)功能或結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，分多個文件進(jìn)行零件模型的構(gòu)造。對于一些通用的零部件，采用單獨(dú)文件保存，以便在不同場合下以外部文件引用方式進(jìn)行調(diào)用。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.3裝配建模上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.裝配規(guī)劃裝配規(guī)劃是裝配建模中最關(guān)鍵的內(nèi)容之一，規(guī)劃結(jié)果將直接影響裝配模型的建立。裝配規(guī)劃的主要步驟如下:(1)為新的裝配模型取名(即創(chuàng)建根部件)。(2)分析確定基部件。(3)分析部件的引入順序以及部件之間的約束方法(4)考慮是否建立子裝配體(5)全面考慮模型的參數(shù)化方案上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.裝配規(guī)劃上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

3.裝配操作在上述準(zhǔn)備工作基礎(chǔ)上，采用CAD系統(tǒng)提供的裝配命令，逐一把零部件裝配成裝配模型。常用的裝配操作有下面一些:(1)添加一般有兩種添加方式，第一種是按絕對定位方式添加組件到裝配，第二種是按裝配約束方式添加組件到裝配。絕對方式是在裝配空間的絕對坐標(biāo)系中指定一個點(diǎn)來安放部件，用戶可以在以后再添加約束條件。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

3.裝配操作上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(2)刪除從裝配中刪除部件。(3)替換用一個部件替換已添加到裝配中的另一個部件。系統(tǒng)將保留原來零件的裝配條件，并沿用到替換的零件上，使替換的零件與其他零件構(gòu)成裝配關(guān)系。(4)抑制與解除抑制抑制是在當(dāng)前顯示中移去部件，使其不執(zhí)行裝配操作。部件抑制后不在視區(qū)中顯示，也不會在裝配工程圖和爆炸視圖中顯示。抑制部件不能進(jìn)行干涉檢查和間隙分析，不能進(jìn)行重量計算，也不能在裝配報告中查看有關(guān)信息。但這個操作可以節(jié)省時間和內(nèi)存空間，對于大型裝配比較有利。

上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(2)刪除從裝配中刪除部件。上一頁下2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

需要注意的是，抑制部件并不是刪除部件，部件的數(shù)據(jù)仍然在裝配中存在，只是不執(zhí)行一些裝配功能，可以用解除抑制操作恢復(fù)部件原來的狀態(tài)。(5)重定位重定位是重新指定一個部件的位置參考。(6)陣列部件陣列是一種在裝配中用對應(yīng)裝配約束條件快速生成多個部件的方法。例如，要在法蘭盤上裝多個螺栓，可用裝配約束條件先裝其中一個，其他螺栓的裝配可采用部件陳列的方式，而不必去為每一個螺栓定義裝配條件。

上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

需要注意的是，抑制部件并不是刪除部件，模具CAD基本技術(shù)課件2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

4.裝配分析當(dāng)完成產(chǎn)品的裝配建模之后，可以對該模型進(jìn)行一些必要分析，以便了解設(shè)計質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題。主要的分析包括裝配干涉分析和物性分析。(1)裝配干涉分析裝配干涉是指零部件之間在空間發(fā)生體積相互侵入的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象將嚴(yán)重影響產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，因?yàn)橄嗷ジ缮娴牧慵g會互相碰撞，無法正確安裝，因此在設(shè)計階段就必須發(fā)現(xiàn)這種設(shè)計缺陷，并予以排除。對運(yùn)動機(jī)構(gòu)，碰撞現(xiàn)象更為復(fù)雜，因?yàn)檠b配模型中的構(gòu)件在不斷運(yùn)動，構(gòu)件的空間位置在不斷發(fā)生變化，在變化的每一個位置都要保證構(gòu)件之間不發(fā)生干涉現(xiàn)象。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

4.裝配分析上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

5.裝配管理和修改CAD系統(tǒng)一般都提供了圖形窗口來管理裝配樹。在裝配中，每個部件在裝配樹上顯示為一個節(jié)點(diǎn)，使用裝配圖形窗口能清楚地表達(dá)裝配關(guān)系，它提供了一種在裝配中選擇部件和操作部件的簡單方法。因此，結(jié)合裝配樹和裝配圖形窗口，可以方便地對裝配模型進(jìn)行管理。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

5.裝配管理和修改上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.4裝配方法常用的裝配方法分為3種。a.自底向上裝配(Bottom-upAssembly)。從底層逐步向上裝配，將每個零件加入到裝配體中，這些零件已經(jīng)設(shè)計完成，例如標(biāo)準(zhǔn)件、已存儲的零件等;b.自頂向下裝配(Top-downAssembly)。這是一種從裝配到零件的設(shè)計過程，即在頂層產(chǎn)生一個裝配，建立裝配機(jī)構(gòu)，逐步向下添加或設(shè)計新的幾何體，產(chǎn)生新的子裝配或部件;c.混合裝配(MixingAssembly)。根據(jù)裝配設(shè)計的需要，將自頂向下裝配和自底向上裝配混合運(yùn)用的裝配方法。在混合裝配的過程中，可在兩種方法之間任意轉(zhuǎn)換，因此混合裝配的方法具有更大的靈活性。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.4.4裝配方法上一頁下一頁返回2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

在此，我們主要介紹一下“自頂向下”的設(shè)計方法

1.“自頂向下”設(shè)計方法的含義在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，可采用“自底向上”和“自頂向下”的兩種設(shè)計方法。兩種設(shè)計方法各有所長，并各有其應(yīng)用場合。例如，在開展系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品設(shè)計時，產(chǎn)品的零部件結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，零件設(shè)計基礎(chǔ)較好，大部分的零件模型已經(jīng)具備，只需要補(bǔ)充部分設(shè)計或修改部分零件模型，這時，采用自底向上的設(shè)計方法就比較恰當(dāng)。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

在此，我們主要介紹一下“自頂向下”的2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

2.“自頂向下”設(shè)計方法的實(shí)施步驟采用自頂向下的設(shè)計方法，首先要進(jìn)行總體設(shè)計，然后將總體原則貫穿到所有的子裝配或拿部件中。

一般而言，采用“自頂向下”的設(shè)計方法，需要經(jīng)過下列基本步驟:(1)確定設(shè)計要求產(chǎn)品的設(shè)計要求，如產(chǎn)品的設(shè)計目的、產(chǎn)品的功能要求、必要的子部件、哪些設(shè)計可能變動、有無可參考的設(shè)計等，必須在設(shè)計前確定下來。這些要求一般會在設(shè)計指導(dǎo)書中申明。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

2.“自頂向下”設(shè)計方法的實(shí)施步驟上2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(2)定義大致的裝配結(jié)構(gòu)這一步要把裝配的各個子裝配勾畫出來，至少包括子裝配的名稱，形成裝配樹。每個部件可能來自一個已有的設(shè)計，或者僅僅包括定位基準(zhǔn)面，甚至可以是一空部件，以便在隨后的設(shè)計過程中逐步進(jìn)行細(xì)化。這些結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品總設(shè)計師設(shè)計并維護(hù)的，其結(jié)果將公布給所有參加設(shè)計的人員。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(2)定義大致的裝配結(jié)構(gòu)這一步要把裝2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(3)設(shè)計骨架模型每一個子裝配都有一個骨架模型，用來在三維設(shè)計空間中確定部件的空間位置和大小、部件與部件之間的關(guān)系以及簡單的機(jī)構(gòu)運(yùn)動模型等。骨架模型包含整個部件的重要的設(shè)計參數(shù)，這些參數(shù)可以被各個子部件引用，所以骨架模型是進(jìn)行“自頂向下”設(shè)計的核心。(4)部件級設(shè)計與裝配當(dāng)獲得所需要的設(shè)計信息以后，就可以著手具體的部件設(shè)計了。部件設(shè)計可以在裝配環(huán)境中直接進(jìn)行，采取由粗到精的策略，首先設(shè)計零部件的輪廓，暫時不考慮細(xì)節(jié)。也可以裝配已經(jīng)預(yù)先完成的零部件。上一頁下一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(3)設(shè)計骨架模型每一個子裝配都有一2.4

裝配設(shè)計技術(shù)

(5)零件級設(shè)計在裝配環(huán)境中采取特征造型的方法細(xì)化零件結(jié)構(gòu)，修改零件尺寸。此時應(yīng)注意零件級的參數(shù)化方案與全局參數(shù)化方案的協(xié)調(diào)關(guān)系。隨著零件級設(shè)計的深人，可以繼續(xù)在零部件之間補(bǔ)充和完善裝配約束。(6)生成工程圖。設(shè)計結(jié)束后，可以直接生成爆炸圖、二維裝配工程圖及零件材料表。注意，以上第(4)步和第(5)步的設(shè)計工作是一個不斷反復(fù)、不斷細(xì)化的過程。用戶需隨時對裝配模型進(jìn)行分析，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，及時修改設(shè)計。上一頁返回2.4裝配設(shè)計技術(shù)

(5)零件級設(shè)計在裝配環(huán)境中采取特征模具CAD基本技術(shù)課件2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)在模具CAD/CAM系統(tǒng)的設(shè)計、分析、制造等過程中，都要查閱各種標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等相關(guān)資料，并產(chǎn)生各個階段的結(jié)果數(shù)據(jù)信息，包括圖形和數(shù)據(jù)，既有靜態(tài)數(shù)據(jù)，又有動態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)信息如何進(jìn)行處理和管理，直接影響CAD/CAM系統(tǒng)的應(yīng)用水平。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM系統(tǒng)中的信息管理從文件模式發(fā)展為數(shù)據(jù)庫模式。下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)在模具CAD/CA2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)2.5.1文件夾管理模式在早期的CAD/CAM系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)量少，一般可以利用計算機(jī)語言本身的數(shù)據(jù)處理功能，采用數(shù)組形式存放數(shù)表，將數(shù)表直接編在程序中，但存在許多缺點(diǎn)。(1)占用內(nèi)存太多由于整個數(shù)表都編在程序中，當(dāng)執(zhí)行此程序時，整個數(shù)表都被調(diào)入內(nèi)存，導(dǎo)致暫時不用的數(shù)據(jù)占據(jù)了大量的內(nèi)存，影響程序運(yùn)行速度。(2)獨(dú)立性差若一個數(shù)表被多個程序調(diào)用，那么，每個程序都要將此數(shù)表編入程序中，使程序間存在大量重復(fù)數(shù)據(jù)，造成程序和系統(tǒng)龐大。

上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)2.5.1文件夾2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

(3)數(shù)據(jù)可修改性差當(dāng)要對某個數(shù)據(jù)進(jìn)行修改時，則必須修改相應(yīng)的程序，使數(shù)據(jù)修改工作量大。

因此，在CAD/CAM系統(tǒng)中將數(shù)據(jù)直接編在程序中的方法僅用于數(shù)據(jù)較少，且單個程序調(diào)用的情況。文件管理模式是建立文件將數(shù)據(jù)和表格存在外存中，文件格式一般是ASCII的文本文件。每個文件都有名字作為標(biāo)識，由文件系統(tǒng)管理，而文件系統(tǒng)包含在操作系統(tǒng)中，可以對文件進(jìn)行查詢、修改、刪除等操作，當(dāng)應(yīng)用程序需要用到有關(guān)的數(shù)據(jù)時，可以通過讀語句和相應(yīng)的控制語句，通過讀文件，將所需的數(shù)據(jù)讀人。由于有文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，因此，應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)之間有一定的獨(dú)立性，這樣的一個數(shù)據(jù)文件可供多個應(yīng)用程序(模塊)調(diào)用，利用文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理和傳遞的模式如圖2一30所示。上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)(3)數(shù)據(jù)可修改2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)2.5.2數(shù)據(jù)庫管理模式20世紀(jì)50年代后期至60年代后期，計算機(jī)主要采用文件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，各種數(shù)據(jù)都是以各自獨(dú)立文件的形式存儲于硬盤，數(shù)據(jù)的存取則是通過應(yīng)用軟件按文件標(biāo)識符(即文件名)或文件中的記錄標(biāo)識來完成。文件系統(tǒng)管理方式實(shí)現(xiàn)了以文件為單位的數(shù)據(jù)共享，在一定條件下，實(shí)現(xiàn)起來簡單方便，不需要額外的軟件投資，使用效率高。上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)2.5.2數(shù)據(jù)庫2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

1.數(shù)據(jù)庫管理存在的問題(1)因?yàn)槲募菍?yīng)于某一個固定的應(yīng)用目的和程序而建立的，數(shù)據(jù)的個數(shù)和排列順序均與要求一一對應(yīng)，所以當(dāng)應(yīng)用程序?yàn)榱似渌麘?yīng)用目的而要改變數(shù)據(jù)的個數(shù)或排列順序時，原先建立的文件就不能使用，必須重建文件，當(dāng)文件的數(shù)據(jù)擴(kuò)充或結(jié)構(gòu)改變時，則相應(yīng)地重建了文件，則原先設(shè)計的應(yīng)用程序也要相應(yīng)改編。(2)由于文件的專用性強(qiáng)，通用性差，因此，即使兩個程序中所有的數(shù)據(jù)大部分相同，只是邏輯順序或數(shù)據(jù)的個數(shù)不同，也要分別建成兩個文件，這就增加了文件的數(shù)量，造成用同一數(shù)據(jù)的多次重復(fù)存儲，浪費(fèi)了存儲資源。上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)1.數(shù)據(jù)庫管理存2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)(3)對順序文件在數(shù)據(jù)中檢索數(shù)據(jù)時，必須將整個文件調(diào)入內(nèi)存，而不能按所需記錄或數(shù)據(jù)項(xiàng)把部分?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存使用。

數(shù)據(jù)庫技術(shù)通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)DBMS統(tǒng)一管理用戶文件，能夠解決數(shù)據(jù)冗余及數(shù)據(jù)一致性問題。另外，它把用戶觀念的數(shù)據(jù)邏輯結(jié)構(gòu)從整體邏輯結(jié)構(gòu)中獨(dú)立出來，在用戶數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)之間插入一層整體邏輯結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的變化不影響數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和應(yīng)用程序，從而解決了數(shù)據(jù)的獨(dú)立性問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的共享，并且完整性和安全性問題也都得到了相應(yīng)的解決。上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)(3)對順序文件在2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

2.數(shù)據(jù)模型現(xiàn)實(shí)世界中的事物是彼此聯(lián)系的，用來描述客觀事物及其聯(lián)系的模型叫數(shù)據(jù)模型，數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的一個核心問題。由于數(shù)據(jù)模型不同，相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)也就不同。(1)層次模型用樹形結(jié)構(gòu)來表示實(shí)體之間聯(lián)系的模型叫層次模型，如關(guān)于沖壓模具結(jié)(2)網(wǎng)絡(luò)模型是以記錄類型為結(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如彈壓卸料典型組合，如圖2一33所示。構(gòu)的層次模型。如圖2一32所示。上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)2.數(shù)據(jù)模型上一2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)(3)關(guān)系模型用表格數(shù)據(jù)來表示實(shí)體和實(shí)體間聯(lián)系的模型叫關(guān)系模型，如圓形標(biāo)準(zhǔn)凸模結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系模型，如圖2一34所示。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具有‘?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)簡單、符合工程習(xí)慣、數(shù)據(jù)獨(dú)立性強(qiáng)及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)嚴(yán)密等優(yōu)點(diǎn)，是目前數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的主流，當(dāng)今應(yīng)用最普遍的數(shù)據(jù)庫管理軟件如FOXPRO,ACCESS,ORACLE等都是關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理軟件。3.模具CAD/CADM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)(1)數(shù)據(jù)類型與數(shù)學(xué)模型多樣性上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)(3)關(guān)系模型用表2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)

(2)圖形數(shù)據(jù)的管理(3)動態(tài)數(shù)據(jù)的管理事務(wù)2.5.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)當(dāng)今世界任何企業(yè)要想在全球性經(jīng)濟(jì)競爭中取勝，最重要的一點(diǎn)是要具有快速的市場反應(yīng)能力，這也是所謂“精益生產(chǎn)LP;、+敏捷制造AM”等現(xiàn)代企業(yè)管理思想的宗旨之所在，體現(xiàn)在企業(yè)生產(chǎn)上就是要有高效率。目前，能夠解決這一問題的最為有效的方法就是采用并行工程模式，而產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)PDM(ProductDataManagement)則是并行工程不可缺少的有機(jī)組成部分。它通過控制各種數(shù)據(jù)信息的流動、傳遞及共享，可以有效地把設(shè)計與制造聯(lián)系在一起，使并行工程的優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來。上一頁下一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)(2)圖形數(shù)據(jù)的2.5

模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)目前國際上流行的主要PDM產(chǎn)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。上一頁返回2.5模具CAD/CAM中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)目前國際上流行的主圖2一1二維線段裁剪時的幾種情況返回圖2一1二維線段裁剪時的幾種情況返回圖2-2窗口邊框分割的九個區(qū)域返回圖2-2窗口邊框分割的九個區(qū)域返回模具CAD基本技術(shù)課件圖2-3窗口與視區(qū)返回圖2-3窗口與視區(qū)返回圖2-4窗口與視區(qū)變換示意返回圖2-4窗口與視區(qū)變換示意返回圖2一5不同變換順序產(chǎn)生的不同結(jié)構(gòu)返回圖2一5不同變換順序產(chǎn)生的不同結(jié)構(gòu)返回圖2一6透視投影返回圖2一6透視投影返回圖2一7透視變換返回圖2一7透視變換返回圖2一8參數(shù)化繪圖示意返回圖2一8參數(shù)化繪圖示意返回圖2一9線框模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一9線框模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一10線框模型的多義性返回圖2一10線框模型的多義性返回圖2一11曲面造型返回圖2一11曲面造型返回圖2一12曲面造型中的基本面素返回圖2一12曲面造型中的基本面素返回圖2一13實(shí)體造型中常用的基本體素返回圖2一13實(shí)體造型中常用的基本體素返回圖2一14基本體素的布爾運(yùn)算返回圖2一14基本體素的布爾運(yùn)算返回圖2一15掃描法生成實(shí)體返回圖2一15掃描法生成實(shí)體返回圖2一16邊界表示法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一16邊界表示法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一17邊的兩次存儲圖返回圖2一17邊的兩次存儲圖返回圖2一18同一物體的兩種CSG結(jié)構(gòu)返回圖2一18同一物體的兩種CSG結(jié)構(gòu)返回圖2一19表示不同的算法的CSG結(jié)構(gòu)返回圖2一19表示不同的算法的CSG結(jié)構(gòu)返回圖2一20混合模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一20混合模式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一21特征造型的框架結(jié)構(gòu)返回圖2一21特征造型的框架結(jié)構(gòu)返回圖2一22常見的形狀特征類型返回圖2一22常見的形狀特征類型返回圖2一23隱式與顯示表達(dá)示意返回圖2一23隱式與顯示表達(dá)示意返回圖2一24特征表達(dá)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一24特征表達(dá)及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)返回圖2一25裝配結(jié)構(gòu)返回圖2一