第五章 cad-cam建模技术

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1、计算机辅助设计与制造第五章CAD/CAM建模技术计算机辅助设计与制造本章学习目标掌握实体建模和特征建模的基本概念熟悉各种建模方法的原理、特点及表示方法学会根据物体的结构形状分析建模过程学习使用商品化CAD软件几何建模功能重点：各种建模方式基本原理和特点计算机辅助设计与制造学习内容概述线框建模表面建模实体建模特征建模计算机辅助设计与制造1.概述建模技术发展概况建模技术的基础知识常用建模方法的比较与应用建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部可数字化表示、分析、控制和输出的几何形体的方法建模技术是实现计算机辅助设计与制造的前提条件，也是实现CAD

2、/CAM一体化的核心内容计算机辅助设计与制造建模技术发展概况早期CAD系统只能处理二维信息，设计人员通过投影图表达零件的形状及尺寸；建模技术发展重要事件:1973年剑桥大学I.C.Braid等建成BUILD系统；1972年～1976年罗彻斯特大学H.B.Voelcker主持建成PADL-1系统；1968年～1972年北海道大学冲野教授等建成TIPS-1系统…常见几何建模模式：线框建模、表面建模、实体建模和特征建模近年来，CAD/CAM集成化系统普遍采用实体模型作为产品造型系统，成为从微机到工作站上各种图形系统的核心；为满足设计到制造各个环节的信息统一要求

3、，建立统一的产品信息模型，推出了特征建模系统；正在研究全新建模方式——行为特征建模，将CAE技术与CAD建模融为一体，理性确定产品形状、结构、材料等各种细节模型的转化特征模型、实体模型曲面模型曲面模型线框模型上述过程不能逆转，与包含的信息多少有关！计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造建模技术的基础知识形体的表达建立在几何信息和拓扑信息的处理基础上几何信息指形体在欧氏空间中的形状、位置和大小拓扑信息表达形体各分量间的联接关系建模是以计算机能够理解的方式，对实体进行确切定义，赋予一定的数学描述，并以一定的数据结构形式对所定义的几何实体加以描述，在计算机内

4、部构造实体的模型几何建模基础知识：几何信息拓扑信息非几何信息形体的表示计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造几何信息几何信息是指物体在空间的形状、尺寸及位置的描述几何信息包括点、线、面、体的信息五个顶点用两种不同方式连接，表达两种不同的理解只用几何信息表示物体并不充分，常会出现物体表示的二义性几何信息必须与拓扑信息同时给出计算机辅助设计与制造拓扑信息拓扑信息各几何元素的数量及其相互之间连接关系拓扑关系允许三维实体随意地伸张扭曲，两个形状和大小不一样的实体的拓扑关系可能是等价的拓扑特性等价的立方体和圆柱体拓扑信息不同，即使几何信息相同，最终构造的实体可能

5、完全不同计算机辅助设计与制造非几何信息非几何信息指产品除描述实体几何、拓扑信息以外的信息，包括零件的物理属性和工艺属性等，如零件的质量、性能参数、公差、加工粗糙度和技术要求…为满足CAD/CAPP/CAM集成的要求，非几何信息的描述和表示越来越重要，是目前特征建模中特征分类的基础计算机辅助设计与制造形体的表示顶点边的端点，为两条或两条以上边的交点。顶点不能孤立存在于实体内、实体外或面和边的内部边一维几何元素，形体相邻面的交界环有序、有向边组成的封闭边界外环的边按逆时针走向，内环的边按顺时针走向形体在计算机内采用六层拓扑结构进行定义:体(Object)外壳

6、(Shell)面(Face)环(Loop)边(Edge)顶点(Vertex)曲面(Surface)曲线(Curve)点(Point)面二维几何元素，是形体上的一个有限、非零的单连通区域。面由一个外环和若干内环包围而成，具有方向性，一般用外法矢方向作为正方向壳构成一个完整实体的封闭边界，是形成封闭的单一连通空间的一组面的结合。一个连通的物体有一个外壳和若干个内壳构成体三维几何元素，是由若干个面包围成的封闭空间。几何造型的最终结果就是各种形式的体计算机辅助设计与制造计算机辅助设计与制造常用建模方法的比较与应用建模方式应用范围局限性线框建模画二、三维线框图不能

7、表示实体；图形会有二义性表面建模艺术图形；形体表面显示；数控加工不能表示实体实体建模物性计算；有限元分析；用集合运算构造形体只能产生正则实体；抽象形体的层次较低特征建模在实体建模基础上加入实体的精度信息、材料信息、技术信息、动态信息…对于简单的或典型的特征能识别，复杂的特征信息不能识别。几何建模中表示物体形态常用方法：计算机辅助设计与制造2.线框建模线框建模的概念线框建模的特点线框建模是计算机图形学和CAD领域中最早用来表示形体的建模方法。虽存在着很多不足而且有逐步被表面模型和实体模型取代的趋势，但它是表面模型和实体模型的基础，并具有数据结构简单的优点，

8、故仍有应用意义计算机辅助设计与制造线框建模的概念线框建模是利用基本线素来定义设计