CADCAM建模技术及产品数据模型

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实体建模应用场合:
运动学分析 干涉检验 机器人编程 五坐标NC铣削过程模拟 空间技术
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维实体模型计算机内部表示法
边界表示法(BRep)
把物体定义为封闭的边界表面围成的有限 空间,形体可通过边界来表示,面通过边、 边通过点、点通过三个坐标值来定义。
(1) 线性拉伸面 (2) 直纹面 (3) 旋转面 (4) 扫描面
曲面模型可以为其它应用场合继续提供数据:
有限元网格的划分、三坐标或五坐标NC编程、计 算和确定刀具运动轨迹
为反求工程(RE)的CAD建模提供基础。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三次Bezier曲线及双三次曲面
强调形体外表细节,记录了所有几何、拓 扑信息。
核心信息为平面
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
边界表示法的数据结构
特点:
数据结构呈网状关系 内部结构和关系与采用的物体生成描述方
法无关
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
零件的不同生成描述方法
不同的生成方法和生成顺序,但其内部 的数据结构相同
特征表达如下:
产品特征 = 形状特征+工程语义信息 语义信息:
静态信息: 描述特征形状、位置属性数据; 规则和方法: 确定特征功能和行为; 特征关系: 描述特征间相互约束关系
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
2.形状特征的分类
特征分类标准:
每一类特征都是零件设计的基本功能单元,同时 其方法和制造手段基本上一致。
几何建模、特征建模、全生命周期建模
产品信息数据模型:
几何模型(二维、三维线框、曲面、实体)、特 征模型、集成产品模型、智能模型及生物模型等
建模方法的发展
几何建模 特征建模概念的提出
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
1、几何建模的定义
几何建模方法
物体的描述和表达是建立在几何信息和拓 朴信息处理基础上的。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
4.4 集成产品数据模型及数据交换接口
CAD/CAM资源共享需:
统一的产品数据模型定义体系 统一的产品数据交换标准 集成产品数据模型 产品数据交换接品的标准
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
一、 集成产品数据模型
定义:
与产品有关的所有信息构成逻辑单元,包 括产品的生命周期内有关的全部信息,且 在结构上能清楚表达信息的关联。
几何信息
物体在欧氏空间中的形状、位置和大小;
拓朴信息
物体各分量的数目及其相互间的连接关系。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
几何信息的二义性
必须同时给出几何信息和拓扑信息
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
拓扑信息的描述
视具体要求不同选择不同的拓扑描述方法。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
CAD/CAM建模技术及产品数据模型
➢基本概念 ➢几何建模技术 ➢特征建模技术 ➢集成产品数据模型及数据交换接口
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第1节 基本概念
计算机内部表示及建模技术 建模的方法及其发展
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
一、计算机内部表示及建模技术
计算机内部表示:
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
几何建模系统分类
二维几何建模系统 三维几何建模系统
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
二维几何建模系统
类型
边式:只描述轮廓边,通过不同类型轮廓边的相 互顺序实现绘图目的。
面式:将封闭轮廓边包围的范围定义成平面,作 为整体来处理。
适用范围:
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
构造立体几何法(CSC)
基本思想
通过基本体素及它们的集合运算进行表示, 即通过布尔模型生成二叉树结构表示
CSG法与BRep法的主要区别
CSG法计算机存储过程模型,强调各体素 进入拼合时的原始状态。
BRep法强调拼合后的结果。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
形式上向着面模式 过渡。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
实体建模计算机内部表示发展趋势
(1) 采用混合模式 (2) 以精确表示形式存储曲面实体模型 (3) 引入参量化、变量化建模方法,便于
设计修改 (4) 采用特征建模技术,实现系统集成。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
形状特征分类;
制造方法:铸、锻、焊、机加工等特征 零件类型:轴盘类、板块类、箱体类等特征 设计过程:基特征、正特征和负特征、主特征和
辅助特征 复杂程度:简单特征、复合特征
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
二、 特征的表示及数据结构
特征需表示的信息:
特征体素 特征造型中进行布尔运算的单元, 特征面及拓朴信息 建立特征之间关系及工程属
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空间单元表示法计算机内部表示
四叉树(二维),八叉树(三维)
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半空间法(以CSG为基础)
数学意义:
一个平面半空间可 通过一个无限平面 和法向向量来定义。
特点
可实现局部修改 容易引进自由曲面 使CSG数据结构在
在三维线框上通过蒙皮构成实体
原理:同三维视图重构法,但它关心的是 如何将点和边构成环。
几何法、拓扑法
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曲面建模/表面建模
定义:
是通过对物体的各种表面或曲面进行描述的一种 三维建模方法。
适用:
表面不能用简单的数学模型进行描述的复杂物体 型面。
方法:
空间单元表示法
基本思想
通过一系列空间单元构成图形来表示物体,单元 Cell都是具有一定大小的立方体。是一种数字化 的近似表示法。
特点:
(1) 要求大量存储空间 (2) 没有点线面的概念,不能表达物体任意两部分
之间的关系。只是空间近似。 (3)算法简单,是物性计算和有限元划分的基础。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
计算机辅助绘图、回转体零件数控编程
弱点:
零件的各个视图是相互独立产生的,无整体信息 模型,当一个视图改变时,其它视图不可能自动 改变。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维几何建模系统
三维建模类型:
线框建模、表面建模、实体建模
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维几何建模技术
第3节 特征建模技术
特征建模的概念 特征的表示及数据结构 特征建模技术的实现和发展
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
一、特征建模的概念
1. 特征的定义 2.形状特征的分类
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
1. 特征的定义
特征:
产品开发过程中各种信息的载体,包含零件的几 何拓朴信息,设计制造等过程所需要的非几何信 息,如材料信息、尺寸、形状公差信息、表面粗 糙度信息和刀具信息等。
描述信息,建立特征库,并将几何信息与非几何 信息描述在一个统一的模型中,设计时将特征库 中预定义的特征实例化。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
特征建模技术的特点
从设计角度
扩大了建模体素的集合,方便设计,为设 计高效率、标准化、系列化提供条件;
从加工角度
特征对应着一定的加工方法,简化CAPP 决策逻辑,同时可将加工方法与特征封装 实现了程序的结构化、模块化、柔性化。
参数描述,基准点
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第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
平面轮廓扫描体
前提:封闭的平面轮廓
整体扫描
实用:
生产过程的模拟及 干涉检验,特别是 NC加工中刀具轨迹 生成和检验方面
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
是一种集成对象,包含丰富的工程语义, 在更高层次上表达产品的功能和形状信息。
不同的设计阶段和应用领域有不同的特征 定义:
功能特征、加工特征、形状特征、精度特征
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第2节 几何建模技术
几何建模系统分类 三维几何建模技术 三维实ห้องสมุดไป่ตู้模型计算机内部表示法
不存在内外表面的区别,信息不完整,存 在多义性。不能自动进行可见性检验及消 隐。
适用于:
实时仿真、在实体建模的CAD系统显示中 间结果。
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
线框模型向曲面和实体模型的转换
从平面投影的三视图自动构成三维实体
自底向上重构法 基本模型引导的重构算法 自顶向下的重构法
CSG法的特点
存储基本体素+变换矩阵,CSG法数据 量只有BRep法的1/10
描述复杂物体有一定局限性 隐式模型,不存储物体的详细几何信息 可实现整体修改,而局部修改难
CSC局部修改
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整体修改
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混合模式
基本思想
在一个系统中采用不同形式的表示方法, 常见的CSG法和Brep混合,在原来CSG的 结点上扩充一级边界数据结构。
特点
(1) 可实现快速图形显示 (2) 由于起主导作用的是CSG结构,局部修
改等仍不可实现。
混合模式
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第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
由给出的离散点数据构成光滑过渡的曲面,使曲 面通过或逼近离散点。
复杂物体型面
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
曲面建模/表面建模(2)
常用的参数曲线、曲面有:
Bezier, B-spline, Coons, NUEBS
简化曲面生成方法:
决定在计算机内部采用什么样的数字化模 型来描述、存储和表达现实世界中的物体。
CAD/CAM建模技术:
研究产品数据模型在计算机内部的建立方 法、过程及采用的数据结构和算法。
建模过程:想象模型、信息模型、存储模 型
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
二、 建模的方法及其发展
建模方法:
特征识别
首先进行几何设计,然后在建立的几何模型上, 通过人工交互或自动识别算法进行特征的搜索、 匹配。
特点:特征信息的提取和识别困难,仅适于简单 加工特征识别,且形状特征之间的关系无法表达。
基于特征设计/特征建模
直接采用特征建立产品模型,而不是事后再识别。 建立在三维实体建模系统的基础上,增加特征的
几何建模技术研究内容
主要研究课题:
现实世界中物体的描述方法 三维实体建模中的各种计算机内部表达模
式 发展一些关键算法 几何建模系统的某些重要应用
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
2、特征建模的概念的提出
几何模型
信息无明显的功能、结构及工程含义,提 取、识别工程信息困难。
特征(Feature)
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
实体建模
定义:
实体建模是利用基本体素,如长方体、圆柱体等 通过集合运算生成复杂形体的建模技术。
体素的定义及描述
基本体素及空间位置及方向 平面轮廓扫描体 平扫体、旋转体 整体扫描
布尔运算
布尔运算:并、交、差 过程模型,可以二叉树结构表示
基本体素
性的基础。
结构:
特征体素层 特征体素的定义与几何建模中的 CSG中的实体单元对应。
特征面关系层 特征面的组成、面的邻接关系以及 面的作用和属性等
特征几何元素定义层
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
特征面数据结构示意图
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三、 特征建模技术的实现和发展
线框建模 曲面建模 实体建模
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三维线框模型的几何元素及存储结构
基本几何元素:
点、直线、圆弧和某些二次曲线
计算机内部描述:
边表、点表
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
三维线框模型
特点:
数据结构简单、对硬件要求不高、显示响 应速度快等优点
第四章 CAD/CAM建模技术及产品数据模型
边界表示法的特点
边界表示法的优点在于含有较多的关于 面、边、点 及其相互关系的信息,可 通过人机交互对物体模型进行局部修改
有关物体生成原始信息,基本体定义, 如何拼合等无法提取
描述所需信息量较大,信息冗余。
面边的两次存储
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