三维参数化造型及设计

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1、基于特征的CAD系统的建模层次 如下图所示，基于特征的产品造型分为四个层 次: 草图、特征、零件和产品。其中特征是三 维造型的基本单元。
草图 构建参数 特征 特征关系 零件 父子关系 时序关系
装配关系
产品
图 基于特征的产品造型 文库专用
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草图提供生成特征的基本信息，如拉伸特征的 截面等，草图中存在着几何约束与尺寸约束。 从草图生成特征需要追加特征构建参数，如拉 伸特征中的深度等。 在特征层次中，特征之间的关系十分复杂，既 包括类似于草图中的尺寸约束和几何约束，还 有特征之间的父子关系和时序关系。 一系列的特征经过组合、剪裁、阵列、镜向等 操作形成零件模型，零件模型中需要体现设计 意图，反映产品的基本特性。 零件按照装配要求生成产品的整体模型，CAD 软件不仅支持静态装配，还可以演示产品中零 件的相互运动关系。在产品总体层次体现设计 意图，如产品中零件的相互空间位置等。 4 文库专用
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4、特征技术应用的关键 设计的控制是产品设计中的关键问题，三维 设计不仅在效率和造型方法方面改变了传统 手工设计的基本方法，更为主要的是三维产 品设计由于应用特征技术、数据一致性和设 计信息的全局化应用等特点，导致其控制的 重要性远远大于造型本身。打个形象的比方， 在传统的手工设计阶段，我们采用的是效率 低下的图板，虽然速度缓慢但是安全，设计 图纸中的错误可以采用同等的工作量去进行 修正。
③ 产品系列化：为了满足市场需求的多样 性，企业往往推出规格与配置有所差别的产 品系列。这需要在设计中指定相应的零件规 格系列和产品装配配置方式。 ④ 产品设计规范和信息存档：对于初具规 模的企业而言，产品的设计与制造都是连续 性的行为，因此继承以往的设计与制造经验 具有极其重要的意义。在产品设计中既需要 利用已有的规范，也需要考虑将典型的新设 计方案上升为企业设计规范。
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第五讲 特征技术应用与零件设计
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一、特征技术的应用



特征技术具有鲜明的工程性和层次性，加上参 数化技术的支持，可以方便地编辑模型，在产 品模型的控制和更改方面提供了广泛的潜力。 但是特征技术强大的控制能力利用得好，可以 使模型维护与更改方便。而运用不当，缺乏良 好规划的特征关系会使设计中点滴之处的微小 修改导致整个模型意想不到的结果。 了解特征的层次性和时序性，在特征的各层次 之间合理规划建模的策略，逐步完成实体模型 的建立。特征造型的优势并非造型的速度，而 是通过对特征关系的调整迅速完成模型的调整。
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3、父特征与子特征，父子关系 如果一个特征的建立参照了其他特征的元素， 则被参照特征成为该特征的父特征，而该特征 称为父特征的子特征。父特征与子特征之间形 成父子关系，在SolidWorks的帮助文件中这样 解释父子关系： ♂当某些特征生成于其他特征之上时，则以前 生成特征的存在决定了它们的存在。此新的特 征称为子特征。例如，一个实体上有一个孔， 孔便是这个实体的子特征。 ♂父特征是其他特征所依赖的现有特征。例如， 凸台是其边线圆角特征的父特征。

2、特征关系的类别和影响 在特征之间有如下几种关系：几何与 尺寸关系、拓扑关系和时序关系。 特征之间的几何和尺寸关系主要在特 征草图中设定，几何关系包括特征草 图实体之间的相切、等距等几何关联 方式。尺寸关系设定特征草图实体之 间的距离和角度关联。
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拓扑关系指的是几何实体在空间中的相互位 置关系。例如孔对于实体模型的贯穿关系， 面之间的相切或者等距关系等。对于特征而 言，拓扑关系主要体现在特征定义的终止条 件中，如完全贯穿、到离指定面指定的距离 等终止条件方式决定了特征之间的拓扑关系。 这种拓扑关系不会因为特征草图尺寸的变化 而发生改变。
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特征建立时序是特征技术的重要特点，对于 特征技术而言，由于特征关系的问题，使得 特征建立的次序成为重要因素。首先后期的 特征需要借用前面特征的有关要素，例如定 义草图时借用己有特征的轮廓建立几何和尺 寸关系等。其次，特征的拓扑关系是在已有 特征的环境下设定的，而不会影响到其后的 特征。
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而在利用基于特征技术的CAD系统时，虽然 可以方便地利用其中的父子关系、变更参数 等高效率的建模方法，但是如果在特征关系 处理上方法失策，就会为后续的工作积累无 穷的隐患，因此要深入了解各种特征技术的 功能和应用场合，努力做到设计意图与产品 造型方法选择的一致性。如果没有做到这点， 修正模型需要花费巨大的工作量去理清几何 模型中的各种关系，甚至重新来过。所以了 解并掌握特征关系是使用三维CAD软件的终 极目标之一。
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二、零件设计的基本步骤和原则

1、零件设计的地位和基本任务 零件设计是产品设计的基本组成部分，就企 业而言，零件设计的功能包括如下几个方面： ① 结构设计：将产品决策阶段的产品功能 实现方案转换为具体的结构实现。确定产品 各部分的几何形状和精确尺寸。 ② 工程属性定义：按照产品的运动要求、 材料的力学属性等指定产品的工程属性，如 运动配合与静态配合的公差，零件金属材料 的选用和热处理方式等。 13 文库专用
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5、特征建模的一些基本规则 在特征造型中，由于层次性和建模时序的交 织，不同的建模方式不仅在速度上有所差异， 更会影响到后续的模型维护与修改等方面。 特征建模中需要遵循的几种基本的原则： ①合理规划关系出现的层次，定义关系所处 的层次需注意：比较固定的关系封装在较低 层次，需要经常调整的关系放在较高层次。 ②先建立构成零件基本形态的主要特征和较 大尺度的特征，然后再添加辅助的圆角、倒 角等辅助特征。 ③先确立特征的几何形状，然后再确定特征 尺寸，在必要的情况下添加特征之间的尺寸 和几何关系。
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表 父子关ห้องสมุดไป่ตู้的类型


父子关系的这种解释方法重点放在了特征的建 立次序方面，实际上并没有包含父子关系的所 有方面。这里将父子特征关系区分为如下几种 类型： 基准关系、几何与尺寸关系、拓扑关系、派 生关系、数学关系 在特征管理树中，子特征肯定位于父特征之后， 不要试图将子特征移动到父特征之前。 删除父特征会同时删除子特征，而删除子特征 不会影响父特征。