SolidEdge造型设计

Solid Edge 造型基础讲稿

第一篇实体造型

第一节 CAD 3D造型基础知识

一、 几何模型

三维客观世界中真实存在的实体对象在计算机中用一定的方式进行存贮、识别所采用的模型。常用有如下三种：

(1) 线框模型：在计算机内部以形体的点、线为基本要素来表达三维形体。

优点：简单、存贮量少。

缺点：这种表示方式仅能表示多面体，对于曲面则无能为力。且不能明确表达体与点的关系、不能表示剖面、消隐、明暗；不能进行物性分析、干涉、NC加工等，且具有多义性：一个真实三维形体可能有不同表示方式，或一种表示方式可能对应于不同三维形体。

(2) 表面模型：在计算机内部以形体的点、线、面为基本要素来表达三维形体。它在原有线框模型的信息基础上增加了面及面之间的链接信息。此处所谓“面”，可以指一般意义上的平面、规则曲面（圆柱面、球面，锥面等）、自由曲面。

优点：可以生成剖面、消隐、表面积计算、曲面求交、NC刀具轨迹生成。

缺点：该模型中的面没有方向性，没有区分物体的内部还是外部，因此表面模型只能描述实体边界（壳体）上的信息。

(3) 实体模型：在计算机内部以形体的点、线、面、体（域）为基本

要素来表达三维形体。这里所谓的“体”或“域”是指实体的存在域，一般有三种方式给定，如下图所示：

图1-1

具体实施有以下二种方式：

CSG ——结构实体几何表示法。它有二个基本要素：

基本形体：用变量参数表达基本形体：V=F(形参表)，当形参赋于值后该基本形体称为实例(Instance)。

布尔运算：并(加)，交(乘)、差(减)。以及几何变换（平移、旋转、比例、镜像等）。这样，CSG中的实体都可用一棵树表示。称为CSG树。

CSG法的特点：

(a) 适宜表达复杂、但规则的形体（视为简单基本形体的叠加所构成）。

(b) 不宜表示复杂曲面所构成的形体。

(c) 数据库存贮量相对较少，但运算过程较冗长。

B-Reps——边界表示法。它在上述表面模型基础上，赋于实体信息。规定实体是由一组有向表面（平面、曲面）所包围的体域。

信息量：点、线、面、环（构成面的有向边的拓扑结构）。

目前为了适应实际需要，亦可采用混合表示：结合CSG与B-Reps法。二．参数化造型与参数化设计

1．参数化设计与参数化造型

参数化( parameteric )设计, 亦称尺寸驱动( Dimension-driven )是用一组参数来定义几何图形（体素）尺寸数值并约定尺寸关系。它不仅可用于交互式绘图系统，也可用于造型设计中。当图形（模型）的尺寸变动时，图形或模型就随之自动更新。其中参数求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应。设计结果受到尺寸驱动。

参数化设计中，引入二类约束：尺寸约束与几何约束。尺寸约束中，尺寸不是常量，而是变量，受参数驱动；几何约束是指诸如二维或三维图形中的平行、正交、相切等一些限制条件，即几何元素之间必须满足的某种特定关系。

常见几何约束：平行、正交、相切、等长、重合、水平/垂直等；

考虑图形的自由度与约束数的关系：反映在约束的完整性，具体有：欠约束、过约束、完整约束。

参数化设计可以实现直接对图形数据库进行操作。可以实现所谓的零件簇表( family table/Design Table )，将电子表格与参数化技术关联。以滚动轴承、齿轮等零件为例。

具体实施技术：基于几何的数学方法、基于几何的人工智能方法。

这方面典型的软件是Pro/Engineering。其次有 Solid Works，UG等2．变量化技术VGX

由变量来驱动三维模型，这组变量受到一组非线性方程组的约束。它取消了参数化中参数的顺序性。它是参数化技术在三维设计中推广。近年来倍受用户关注。其典型软件是IDEAS、Solid Edge

三．特征技术

1、特征概念

由于几何造型具有：零件定义不完整（纯几何）、信息层次低，缺乏制造信息等缺点。因此特征技术是几何造型的延伸，从工程角度对形体的各个组成部分及其特征进行定义，使所描述的形体信息更具有工程含义。到目前为止，特征技术是CAD/CAM领域中应用价值最高的一种技术。

产品特征是产品的形状特征与工程语义信息的总称。其中形状特征是指具有一定拓扑关系的一组几何元素构成的形状实体；工程语义信息：静态信息（描述形状特征、位置属性数据）、规则与方法（确定特征功能与行为）、特征关系（特征之间的约束关系）。

2、特征分类

为了表达不同领域内特征的使用、建立通用特征术语、实现标准化，应对特征进行分类。

形状特征：即具有一定工程含义的几何形状；

精度特征：尺寸公差、位置公差、表面粗糙度的总称；

材料特征：与零件材料及热处理相关的信息集合；

技术特征：零件性能与技术要求的总称；

装配特征：零件在装配部件中的装配关系、装配基准的总称。

3、特征的体素表示

特征几何元素 特征面 特征体 特征原型定义。

特征表达方法：基于CSG的特征表达、基于B-Reps特征表、基于

CSG/B-Reps的混合表示。特征关系：定位关系、树型关系、邻接关系等。

4、特征模型

是实体模型的延伸。

第二节 Solid Edge造型一般过程

如下零件的造型过程:(A)生成零件某一基本截面轮廓 (B)使用特征生成方法形成基础特征（拉伸） (C)选择绘图平面、创建草图（圆形） (D)拉伸成柱体 (E)选择绘图平面，创建草图（矩形） (F)拉伸成特征 (G)选择绘图平面、创建切割体的草图 (H)拉伸成切割体 (I)生成圆角特征 (J)生成孔特征 (K)生成筋特征 OK.

(A) (B) (C)

(D) (E) (F)