第四讲 特征造型技术与特征建模

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1、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

2、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

3、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

4、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

5、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。

6、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。

7、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。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

8、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