三维建模技术PPT课件
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第6CAD软件
6.1 三维建模的基本概念
• 几何建模技术是CAD技术的核心与基础，是利用 计算机以及图形处理技术来构造物体的几何形状， 模拟物体静、动态处理过程的技术。
• 通常把能够定义、描述、生成几何模型，并能够 进行交互编辑处理的系统称为几何建模系统。按 其发展历史，几何建模可分为线框造型、曲面造 型和实体造型。
由已有加工特征的尺寸和位置信息可自动生成加工 工艺编制，即计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning，CAPP)。
机械CAD
15
特征建模的实现方法
理想的实现方法是开发新一代特征造型系统， 实现理想的特征建模，生成符合STEP标准的完整 的产品信息模型，但遗憾的是目前这种系统还不 够完善。第二种方法是依赖CAD厂商对原有的造 型系统的改进。第三种方法即寄生式特征建模， 通过依附在一个开放性较好的三维造型系统上， 二次开发实现。
机械CAD
18
– 三维CAD软件中的特征模型按照生成方法分 为三类：
1）基于轮廓的特征：先有被参数化约束的二 维轮廓，之后按要求和软件的功能生成三维模 型特征。例如：拉伸、回转、放样…… 2）基于已有特征的特征：先有某种特征存在， 在此基础上进行修饰。例如：圆角、阵列…… 这是一种依附于已有特征的特征。
机械CAD
8
3.草图法
用户使用二维绘图功能先绘制一个封闭的截面轮 廓，然后再用拉伸等操作形成特征。 1）定义草图平面 2）绘制二维轮廓草图 3）对草图的形状和尺寸进行编辑，得到准确的轮廓 图形 4）采用拉伸等操作方法，形成所需要的特征。
机械CAD
9
6.2 产品的三维设计
6.2.1 零件的三维设计 特征叠加（增料） 特征切割（除料）
• 在实体造型中，复杂形体可通过简单体素的集合 运算(又称为布尔运算)和几何变换构造而成。
• 作为几何造型系统中构造形体最基本的方法之一， 集合运算提供基本体素的并、交、差运算。
• 并运算的结果是两个体素之和，交运算的结果是 两个体素的公共部分，差运算是从A体素中减去B 体素(或由B体素中减去A体素)后的剩余部分。
机械CAD
2
• 采用几何建模技术，可以将物体的形状及其各种 属性存储在计算机内，形成该物体的几何模型。 这样的几何模型是对原物体确切的数学表达，或 对其某种状态的真实模拟。根据几何模型提供的 各种信息，可以进行有限元分析、结构分析、干 涉检查、生成数控加工程序等后续应用。
机械CAD
3
实体模型的3种建模方法
机械CAD
13
特征造型以实体造型为基础，使设计者采用一些常 见的、具有一定设计或加工功能的特征作为造型 的基本单元来构造几何模型，称这些基本单元为 特征。
特征可分为形状特征、材料特征、精度特征、工艺 特征等。
形状特征是特征造型的基本特征，其他特征是以形 状特征为载体的附加特征。
形状特征是几何形体，由面、边、点等几何元素组 成。
机械CAD
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用户
特征定义
特征参数 非几何信息
特征库
信息匹配
机械CAD
实体造型 几何拓扑信息 商用CAD系统
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STEP文件 生成器
特征建模软件 SolidWorks
三维设计软件中的特征 三维设计软件作为一个通用软件，由于要适应机 械设计的各种不同的应用，而不同应用中的特征 可能是完全不同的，所以这些软件中的特征均以 形状特征为主，融入了一些与设计功能有关的特 征种类。
机械CAD
6
体素间的并、交、差运算
A B
A B
机械CAD
A B
AB
7
BA
2. 特征法
• 使用计算机内预先定义的一些特征，这些特征是 从设计和制造的角度从零部件结构上提取出来的。 一般可以分为主特征和辅助特征。
• 主特征是构造零件的主体，例如板、轴等特征， 辅助特征是在所构成的零件基本形状上作进一步 结构设计时所用的形体，例如孔、倒角、圆角、 凸台、槽、加强筋等。
为了明确地表达和构造一个三维形体，在几何 造型系统中,常用两种描述实体的数据结构：
构造实体几何表示法(Constructive Solid Geometry Representation)，简称CSG法；
边界表示法(Boundary Representation)简称B-Rep 法.
机械CAD
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6.4 特征建模技术
机械CAD
10
6.2.2 产品的三维设计过程
1. 创建零件 2. 创建装配体 3. 生成二维工程图 4. 渲染 5. 动画制作 6. 结果交流与共享
机械CAD
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6.3 实体建模技术
三维实体表示方法
在实体造型系统中，三维形体是通过各种造型 功能构造的。随着实体的创建，与实体相关的数 学描述也存储于计算机中。
在实体造型系统中，特征集合或特征图库是根据几 机械CAD何形体的经常性和使用程1度4 的高低建立的。
特征与加工是相辅相成的，由特征造型系统提供的 通用特征通常带有加工特性，如倒圆、倒角、孔、 槽、型腔等。
这些特征可称为加工特征，因为每个特征都与一种 特定的加工工艺匹配：
如孔的创建意味着钻削加工，而腔体的创建则意味 着铣削加工。
机械产品的零部件，除了几何形状参数外，还应包括 定位基准、公差、表面粗糙度、加工和装配精度及材料信 息等。因此几何实体造型不能满足机械产品设计及加工的 要求，应采用以几何模型为基础，包括零件设计、生产过 程所需的各种信息的产品模型表达方法----特征建模。
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。除了实体建模中的几何、拓扑 信息外，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。通常包括形状特征模型、精度特征 模型、材料特征模型等。
• 1. 体素法 • 实体造型系统通常利用在计算机内预先存储的体
素创建基本几何形体。根据设计需要，对基本几 何形体的尺寸参数进行赋值即可得到对应的几何 形体。
机械CAD
4
常见体素
y
y
y
R
x
H
x
z
R
HD W
x
z
H
长方体
圆锥
z
R2
y
R
x
百度文库
y
R
x
R0 R1
z
圆环
球
机械CAD
5
z
圆柱
y
H
z
W
x
D
楔形
形体的集合运算
6.1 三维建模的基本概念
• 几何建模技术是CAD技术的核心与基础，是利用 计算机以及图形处理技术来构造物体的几何形状， 模拟物体静、动态处理过程的技术。
• 通常把能够定义、描述、生成几何模型，并能够 进行交互编辑处理的系统称为几何建模系统。按 其发展历史，几何建模可分为线框造型、曲面造 型和实体造型。
由已有加工特征的尺寸和位置信息可自动生成加工 工艺编制，即计算机辅助工艺规划(Computer Aided Process Planning，CAPP)。
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特征建模的实现方法
理想的实现方法是开发新一代特征造型系统， 实现理想的特征建模，生成符合STEP标准的完整 的产品信息模型，但遗憾的是目前这种系统还不 够完善。第二种方法是依赖CAD厂商对原有的造 型系统的改进。第三种方法即寄生式特征建模， 通过依附在一个开放性较好的三维造型系统上， 二次开发实现。
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– 三维CAD软件中的特征模型按照生成方法分 为三类：
1）基于轮廓的特征：先有被参数化约束的二 维轮廓，之后按要求和软件的功能生成三维模 型特征。例如：拉伸、回转、放样…… 2）基于已有特征的特征：先有某种特征存在， 在此基础上进行修饰。例如：圆角、阵列…… 这是一种依附于已有特征的特征。
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3.草图法
用户使用二维绘图功能先绘制一个封闭的截面轮 廓，然后再用拉伸等操作形成特征。 1）定义草图平面 2）绘制二维轮廓草图 3）对草图的形状和尺寸进行编辑，得到准确的轮廓 图形 4）采用拉伸等操作方法，形成所需要的特征。
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6.2 产品的三维设计
6.2.1 零件的三维设计 特征叠加（增料） 特征切割（除料）
• 在实体造型中，复杂形体可通过简单体素的集合 运算(又称为布尔运算)和几何变换构造而成。
• 作为几何造型系统中构造形体最基本的方法之一， 集合运算提供基本体素的并、交、差运算。
• 并运算的结果是两个体素之和，交运算的结果是 两个体素的公共部分，差运算是从A体素中减去B 体素(或由B体素中减去A体素)后的剩余部分。
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• 采用几何建模技术，可以将物体的形状及其各种 属性存储在计算机内，形成该物体的几何模型。 这样的几何模型是对原物体确切的数学表达，或 对其某种状态的真实模拟。根据几何模型提供的 各种信息，可以进行有限元分析、结构分析、干 涉检查、生成数控加工程序等后续应用。
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实体模型的3种建模方法
机械CAD
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特征造型以实体造型为基础，使设计者采用一些常 见的、具有一定设计或加工功能的特征作为造型 的基本单元来构造几何模型，称这些基本单元为 特征。
特征可分为形状特征、材料特征、精度特征、工艺 特征等。
形状特征是特征造型的基本特征，其他特征是以形 状特征为载体的附加特征。
形状特征是几何形体，由面、边、点等几何元素组 成。
机械CAD
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用户
特征定义
特征参数 非几何信息
特征库
信息匹配
机械CAD
实体造型 几何拓扑信息 商用CAD系统
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STEP文件 生成器
特征建模软件 SolidWorks
三维设计软件中的特征 三维设计软件作为一个通用软件，由于要适应机 械设计的各种不同的应用，而不同应用中的特征 可能是完全不同的，所以这些软件中的特征均以 形状特征为主，融入了一些与设计功能有关的特 征种类。
机械CAD
6
体素间的并、交、差运算
A B
A B
机械CAD
A B
AB
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BA
2. 特征法
• 使用计算机内预先定义的一些特征，这些特征是 从设计和制造的角度从零部件结构上提取出来的。 一般可以分为主特征和辅助特征。
• 主特征是构造零件的主体，例如板、轴等特征， 辅助特征是在所构成的零件基本形状上作进一步 结构设计时所用的形体，例如孔、倒角、圆角、 凸台、槽、加强筋等。
为了明确地表达和构造一个三维形体，在几何 造型系统中,常用两种描述实体的数据结构：
构造实体几何表示法(Constructive Solid Geometry Representation)，简称CSG法；
边界表示法(Boundary Representation)简称B-Rep 法.
机械CAD
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6.4 特征建模技术
机械CAD
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6.2.2 产品的三维设计过程
1. 创建零件 2. 创建装配体 3. 生成二维工程图 4. 渲染 5. 动画制作 6. 结果交流与共享
机械CAD
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6.3 实体建模技术
三维实体表示方法
在实体造型系统中，三维形体是通过各种造型 功能构造的。随着实体的创建，与实体相关的数 学描述也存储于计算机中。
在实体造型系统中，特征集合或特征图库是根据几 机械CAD何形体的经常性和使用程1度4 的高低建立的。
特征与加工是相辅相成的，由特征造型系统提供的 通用特征通常带有加工特性，如倒圆、倒角、孔、 槽、型腔等。
这些特征可称为加工特征，因为每个特征都与一种 特定的加工工艺匹配：
如孔的创建意味着钻削加工，而腔体的创建则意味 着铣削加工。
机械产品的零部件，除了几何形状参数外，还应包括 定位基准、公差、表面粗糙度、加工和装配精度及材料信 息等。因此几何实体造型不能满足机械产品设计及加工的 要求，应采用以几何模型为基础，包括零件设计、生产过 程所需的各种信息的产品模型表达方法----特征建模。
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。除了实体建模中的几何、拓扑 信息外，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。通常包括形状特征模型、精度特征 模型、材料特征模型等。
• 1. 体素法 • 实体造型系统通常利用在计算机内预先存储的体
素创建基本几何形体。根据设计需要，对基本几 何形体的尺寸参数进行赋值即可得到对应的几何 形体。
机械CAD
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常见体素
y
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R
x
H
x
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R
HD W
x
z
H
长方体
圆锥
z
R2
y
R
x
百度文库
y
R
x
R0 R1
z
圆环
球
机械CAD
5
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圆柱
y
H
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W
x
D
楔形
形体的集合运算