第2章模具cadcam软件开发基础(计算机辅助设计与制造)

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1、第2章模具CAD/CAM软件开发基础　2.5模具CAD/CAM建模技术在模具CAD/CAM系统中，必须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，即将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系统中主要用到了几何建模和特征建模技术，其中几何建模技术通常又包括线框建模、表面建模和实体建模。2.5.1几何建模与特征建模1.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结

2、构体的形状、位置、表现形式等数据结构。几何信息指物体在欧氏空间中的形状、位置和大小，最基本的几何元素是点、直线、面。任意一个点可用坐标系中三个坐标分量来定义。任意一条直线，可用其两个端点的空间坐标来定义。而面可以是平面或曲面，其中平面以有序边的棱线的集合来定义，曲面以解析函数、自由曲线或者曲面表达式来定义。但是只用几何信息难以准确地表示物体，常常会出现物体表达上的二义性。为了保证物体的完整性和严密性，几何建模时必须同时给出几何信息和拓扑信息。   拓扑信息是指拓扑元素，即顶点、边棱线和表面的数量及其相互间的连接关系，如图2-24所示，拓扑元素之间

3、有以下9种拓扑关系：（1）      面与面的连接关系，即面与面相邻性（图2-24a）。（2）      面与顶点的组成关系，即面与顶点包含性（图2-24b）。（3）      面与棱线的组成关系，即面与棱线包含性（图2-24c）。（4）      顶点与面的隶属关系，即顶点与面相邻性（图2-24d）。（5）      顶点与顶点间的连接关系，即顶点与顶点相邻性（图2-24e）。（6）      顶点与棱线的隶属关系，即顶点与棱线相邻性（图2-24f）。（7）      棱线与面的隶属关系，即棱线与面相邻性（图2-24g）。（8）      棱线

4、与顶点的组成关系，即棱线与顶点包含性（图2-24h）。（9）      棱线与棱线的连接关系，即线与边棱线相邻性（图2-24i）。                          在计算机中常采用链表的数据结构记录几何信息和拓扑信息，即建立顶点表、棱线表和面表。其中顶点表记录了顶点的序号及其坐标值，顶点表的数据反映了结构体的大小和空间位置，并在指针域存放该顶点的前指针和后指针。棱线表反映了结构体的棱线与顶点、棱线与棱线之间的邻接关系，它存放有构成该棱线的顶点序号、以及棱线的前后指针。面表反映了结构体的面与棱线、面与顶点之间的邻接关系，面表中存放

5、有定义每个面的顶点序号，棱线序号及面的前后指针。2．特征建模随着信息技术的高速发展及计算机应用领域的不断扩大，人们对CAD／CAM系统提出了更高的要求，特别是发展到计算机集成制造（CIMS）阶段，需要将产品的需求分析、设计开发、制造生产、质量检测、售后服务等产品整个生命周期的各个环节的信息有效地集成起来。由于几何模型只是物体几何数据及拓扑关系的描述，缺乏功能信息、结构信息等工程语义，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，将产品的零部件设计中常用的几何体的集合定义为特征。目前，在制造领域中，主要是

6、将特征与工艺过程设计、数控加工自动编程相结合，提出了面向制造的设计（DFM）概念。随之特征的概念引伸至产品设计所需要的知识、零件设计所应具有的功能、加工过程中的工艺特点等，并且在商品化的CAD／CAM软件中几乎都提供了由产品开发者定义的特征的模块，并试图把设计经验、零件的受力分析、物理性能验算、几何造型、工艺可行性评价、装配性分析等综合成特征信息用于产品的设计和制造。许多学者在诸如特征的数学定义、具有特征设计功能的CAD系统体系结构、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研究，取得了丰硕的成果，推动了特征建模技术的发展。

7、2.5.2线框建模   线框建模是几何建模技术中应用最早、最简单的一种建模技术。1.      线框建模的原理线框建模是通过基本线素来定义物体的棱边或交线，形成物体的数据结构。线框模型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成，描述的是产品的轮廓外形。在计算机内部生成三维映像，还可以实现视图变换及空间尺寸的协调。图2-25a）即为四面体的三维线框图，该四面体由6条棱边来定义，每一条棱边由两个顶点的坐标值定位。其逻辑结构如b）图所示。在计算机内部，存贮的是该四面体的顶点及棱线信息，将实体的几何信息和拓扑信息层次清楚地记录在顶点表及棱线表中。c）表和d

8、）表即为四面体的顶点表、棱线表。表中完整地记录了各顶点的编号、顶点坐标、棱线的编号、组成棱线的各端点编号，它们构成了该物体线框模型的全部