4.5特征建模

特征识别
特征自动识别实现了实体建模中特征信息与几 何信息的统一，从而实现了真正的特征建模。 特征自动识别一般只对简单形状有效，对复杂 特征识别比较困难。特征自动识别存在的问题 是不能伴随实体的形成过程实现特征体现，只 能事后定义实体特征，再对己存在的实体建模 进行特征识别与提取。
基于特征识别的设计
4．5．6 零件信息模型
• 1．基于特征的零件信息模型的总体结构 • 作为完整表达产品信息的零件模型应该包 括表达各类特征的特征模型，即管理特征 模型、形状特征模型、精度特征模型、材 料热处理特征模型和技术特征模型等。
4．5．6 零件信息模型
模型分类：零件层、特征层和几何层三个层次。零件层主要反映 零件的总体信息；特征层是一系列的特征子模型及其相互关系； 几何层反映零件的点、线、面的几何、拓扑信息。 分析这个模型结构可知，零件的几何层是整个模型的基础。而特 征层则是零件模型的核心。
5．特征建模的功能
• • • • 特征建模具有以下功能： (1)预定义特征并建立特征库； (2)利用特征库实现基于特征的零件设计； (3)支持用户去自定义特征，并完成特征库的 管理操作； • (4)对已有的特征进行删除和移动操作； • (5)在零件设计中能实现提取和跟踪有关几何 属性等功能。
4．5．3 特征间的关系
4．5．5 特征库的建立
• 特征库应有下列功能： • (1)包含足够的形状特征，以适应众多的零 件； • (2)包含完备的产品信息，既有几何和拓扑 信息又具有各类的特征信息，还包含零件 的总体信息； • (3)特征库的组织方式应便于操作和管理， 方便用户对特征库中的特征进行修改、增 加和删除等。
4．5．5 特征库的建立
特征造型的方式
• 特征建模的方式： • 交互式特征定义 • 特征识别 • 基于特征识别的设计。
交互式特征定义
这种方法简单，但效率低，难以提高自 动化程度，实体的几何信息与特征信息 间没有必然的联系，难以实现产品数据 的共享，当零件形状改变时，定义在其 上的特征需要重新定义。人为的错误易 于在信息处理中发生。
• 特征库可以采用以下不同的组织方式： • (1)图谱方式，画出各类特征图，附以特征属性，并 建成表格形式。此种方式简单、直观，但只能查看而 无法实现计算机操作； • (2)用EXPRESS语言对特征进行描述，建成特征的概 念库。 EXPRESS语言是PDES／STEP推荐的一种 计算机可处理的形式建模语言，用它来建立特征库， 可使基于特征的计算机辅助系统根据系统本身的软件 和硬件的需要，映射为适合于自身的实现语言来描述 特征。
2．零件信息模型的数据结构
• (4)材料热处理特征模型的数据结构 • 包括材料信息和热处理信息。材料信息包 括材料名称、牌号、力学性能参数；热处 理信息包括热处理方式、硬度单位和硬度 值的上、下限等。
2．零件信息模型的数据结构
• 5)技术特征模型的数据结构 • 技术特征模型的信息包括零件的技术要求 和特性表等。这些信息没有固定的格式和 内容，因而很难用统一的模型来描述。
• 为了方便描述特征之间的关系，提出了特 征类、特征实例的概念。 • 特征类是关于特征类型的描述，是具有相 同信息性质或属性的特征概括。 • 特征实例是对特征属性赋值后的一个特定 特征，是特征类的成员。
4．5．3 特征间的关系
• 特征类之间、特征实例之间、特征类与特征 实例之间有如下的关系： • (1)继承关系 继承关系构成特征之间的层次 联系，包括AKO关系和INS关系。 • (2)邻接关系 反映形状特征之间的相互位置 关系，用CONT表示。 • (3)从属关系 描述形状特征之间的依从或附 属关系，用IST表示。 • (4)引用关系 描述形状特征之间作为关联属 性而相互引用的联系，用REF表示。
2．零件信息模型的数据结构
• (3)精度特征模型的数据结构 • 精度特征模型的信息内容大致分为三部分 • 1)精度规模规范信息 包括公差类别、精度等级、 公差值和表面粗糙度。尺寸公差包括公差值、上 偏差、下偏差、公差等级、基本偏差代号等。几 何公差包括形状公差和位置公差。 • 2)实体状态信息 实体状态信息是指最大实体状 态和最小实体状态。 • 3)基准信息 对于关联几何实体则必须具有基准 信息。
特征的定义（仅限于形状）
1.特征的定义
• • • 在实际应用中，随着应用角度的不同可以 形成 具体的特征定义： 从设计角度看，特征分为设计特征、分析特 征、管理特征等； 从形体造型角度看，特征是一组具有特定关 系的几何或拓扑元素； 从加工角度看，特征被定义为与加工、操作 和工具有关的零部件形式及技术特征。 总之，特征反映了设计者和制造者的意图。
4．5
特征建模
• 教学提示： • 本章主要介绍了三维形体的产品特征 模型（特征建模）的原理、建立方法和特 点。 • 教学要求： • ①了解特征建模的意义和原理； • ②掌握特征建模的方法和特点； • ③了解特征库；
4．5
特征建模
• 特征建模是建立在实体建模的基础上，加入 了包含实体的精度信息、材料信息、技术要 求和其他有关信息，以完整地表达实体信息。 • 特征是一种综合概念，它是实体信息的载体， 特征信息是与设计、制造过程有关的，并具 有工程意义。在实际应用中，从不同的应用 角度可以形成具体的特征。 特征是由一定拓扑关系的一组实体体素构 成的特定形体，它还包括附加在形体之上的 工程信息，能用固定的方法加工成型。
3. 形状特征的分类
• 组合特征 指由一些简单辅特征组合而成的 特征，如中心孔、同轴孔等。 • 复制特征 指由一些同类型辅特征按一定的 规律在空间的不同位置上复制而成的形状 特征，如周向均布孔、矩形阵列孔、油沟 密封榴、轮缘(如v带轮相等)。
4．特征建模的特点
• 特征建模着眼于表达产品完整的技术和生 产管理信息，且这种信息涵盖了与产品有 关的设计、制造等各个方面，为建立产品 模型统一的数据库提供了技术基础。 • 它可使产品的设计与生产准备同时进行， 从而加强了产品的设计、分析、工艺准备、 加工与检验等各部门间的联系， • 为基于统一产品信息模型的新产品进行 CAD／CAPP／CAM的集成创造了条件。
特征建模系统的构成
• 在所有的特征模型中，形状模型是描述零 件或产品的最主要的特征模型，它是其他 特征模型的基础。 • 根据形状特征在构造零件中所发挥的作用 不同，可分为主形状特征和辅助形状特征。
3. 形状特征的分类
• 1)主特征 主特征用来构造零件的基本几何形 体。根据特征形状的复杂程度又可分为简单 主特征和宏特征两类： • ①简单主特征主要指圆柱体、圆锥体、长 方体、固球、球缺等简单的基本几何形体。 • ②宏特征指具有相对固定的结构形状和加 工方法的形状特征，其几何形状比较复杂， 而又不便于进一步细分为其他形式特征的组 合。如盘类零件、轮类零件的轮辐和轮毅等。
2．零件信息模型的数据结构
• 1)管理特征模型的数据结构 管理特征主要 是描述零件的总体信息和标题栏信息
按照分类编码系统的规则，用数字或字母符号描述和表 示零件的特征的代码，就是零件分类编码，也叫GT码。
2．零件信息模型的数据结构
• (2)形状特征模型的数据结构 形状特征模 型包括几何属性、精度属性、材料热处理 属性及关系属性等。
பைடு நூலகம்
4．5．4 特征的表达方法
• • • • 特征的表达主要有两方面的内容： 一是表达几何形状的信息， 二是表达属性或非几何信息。 根据几何形状信息和属件在数据结构中的关 系，特征表达可分为集成表达模式与分离模 式。 • 前者将属性信息与几何形状信息集成地表达 在同一内部数据结构中，而后者是将属性信 息表达在外部的，与几何形状模型分离的外 部结构中。
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2. 特征建模系统的构成
• 1)形状特征模型 主要包括几何信息、拓扑信息， 如描述零件的几何形状及与尺寸相关的信息的集合， 包括功能形状、加工工艺形状等。 • 2)精度特征模型 用来表达零件的精度信息，包括 尺寸公差、形位公差、表面粗褪度等。 • 3)材料特征模型 用来表达与零件材料有关的信息， 包括材料的种类、性能、热处理方式、硬度值等。 • 4)装配特征模型 描述有关零部件装配的信息，如 零件的配合关系、装配关系等。 • 5)管理特征模型 描述与零件管理有关的信息．如 标题栏和各种技术要求等。
零件形状特征的分类
3. 形状特征的分类
• 2)辅特征 辅特征是依附于主特征之上的几何 形状特征，是对主特征的局部修饰，反映了 零件几何形状的细微结构。 • 辅特征依附于主特征，也可依附于另一辅特 征。螺纹、花键、v形槽、T形档、u形槽等单 一特征，可以附加在主特征之上，也可以附 加在辅特征之上，从而形成不同的几何形体。
利用系统内己预定义 的特征库对产品进行 特征造型或特征建模。 设计者直接从特征库 中提取特征的布尔运 算，利用基本特征单 元的不断“堆积”， 最后形成零件模型的 设计与定义。
目前应用最广的CAD系统就是基于特征的设计系统，它 为用户提供了符合实际工程的设计概念和方法。
4．5．2 特征建模的原理
• 1．特征的定义