第五章 CAM/CAM的建模（造型）技术 §5-1.基本概念 一.计算机中产品模型的作用与模型文件（程序）信息要素： 1.产品模型的作用 与传统工程图纸一样用来表达和传递工程师的设计思想和工程 信息。所不同的是功能更强，信息更多。（特别是基于特征的 CAD技术) 2.模型（产品数字化）文件中包含的信息 数据:反映真实世界产品的所有信息。是体现工程师设计思想 表达工程信息的（所有产品相关信息）数据：图形、拓扑、加工 方法、装配关系、材料、精度、...。 结构:数据在计算机内部的逻辑存储方式(构架)。 算法：完成图形与工程信息显示等功能的相关算法
如:大dwg文件中,数据;图形、线型、层、颜色等等。结构 上述信息(数据)逻辑存储关系。算法: autoCaD特有的显示 算法一轮廓线法 其他如:*doc,*htm*wps,*t等等,情况类似 3建模(造型)技术: 研究如何把真实世界中的产品(物体),在计算机内部建立 起(尽可能反映其相关信息)数字模型。包括:创建方法(如 圆柱体可挤岀、可扫岀)、数据结构、算法等(比计算机绘图 要求高很多)。 所以,建模(造型)的实质:描述、处理、存储、表达真实 世界中的物体
建模(造型)的方法 1.几何建模(传统造型)方法: 这是CAD图形核心系统中的一个重要内容。一个完整的几何模 型,既包括各形体各部分的几何形状及空间布置(欧氏空间中 大小、形状、位置),又包括形体各部分之间的连接关系[各 分量(部分)数目及连接方式]。前者称为几何形状(信息), 后者称为拓扑结构(信息) 几何建模(造型)就是在计算机內表达产品的几何信息及拓扑 结构。其构造模型的理论、方法和技术,称为几何造型技术。 具体实现方法有三种: a.线框造型 b.曲面造型 c.传统实体造型 2.特征造型(建模)一新一代实体造型技术: 传统的几何造型中,只有低层次的几何、拓扑信息[点、线、 面或基体与布尔运算的信息(二叉树)],但无制造方法信息 装配信息、材料信息、粗糙度信息、公差信息、基准等重要的 工程(工艺)信息
不能实现与CAM的集成,不能建立起为CAE,CAM能共享 的数据库;同时传统的几何造型系统基本上只是一个绘图 环境,难以进行真正的创造性设计(如:不能适应设计过 程的不断修改这一要求);也导致产品设计和制造中信息 处理出现中断。不能实现一次信息输入,就可被用于所有 过程(CIM)。由此出现了建立一个完全反映产品所有工 程信息的建模(造型)技术一特征建馍的需求。 特征:包含几何特征、功能特征、制造方法持征、装配 特征、L艺特征、精度质量特征… 下面将分两节,介绍几何造型方法与特征造型方法中的基 本知识
§5-2.传统的建(模造)型方法 线框造型 曲面造型 实体造型 线框建模(造型) 这是 CAD/CAM子系统发展中最早的三维建模方法,是二维图的直接延伸。 1.方法及特点: 方法:由一系列空间的直线、弧线、点组合而成,用来摧述产品轮廓外 形,并在计算机内生成相应的三维映像(图形、模型单元),从而可实现视 图变换(视图、显示单元的控制)和空间尺寸协调
特点:模型由离散的空间线段构成,没有实在的面、体,计算 机易处理,数据量小,但无法反映物体的几何特征(面积、体 积等)。 2.数据结构 K 体 4 Ks K 15 P K 3(③⑧③ ()边 K16 FK 18 P2)点 K P8 K17 (x1,y1,2z1)… (以边表、点表来描述和表达物体)
3.应用: A.用于复杂模型的快速显示 B.用于蒙面法曲面建模中的第一步—建框架 4.建模举例: 个线框立方体(Box):100X100X100
二.曲面建模(造型) 1.方法(概念)和特点: 通过对物体的表面(包括曲面)进行描述的一种三维建模 方法。由离散点数据构成光滑过渡曲面,再根据给定条件 让曲面通过或逼近这些离散点而最终确定曲面。 目前应用最广泛的双参数曲面,仿照参数曲线的定义,将 (参数)曲面看成是一条变曲线=(沿某参数曲线[v] 按一定顺序或方向运动形成的轨迹。(线运动的轨迹就成 为面) 这些曲线主要有贝塞尔( Bezier),B样条(B- spline), 孔斯( Coons),及非均匀有理B样条曲线( NURBS)。 王隆太书P104-115有上述曲线的数学表达式及相关简介 (各自特点)] A.贝塞尔( bezier)曲线、曲面特点: 三次 Bezier线是应用最广泛的曲线。高次B氏曲线还有 些理论问题待解,通常用分段的三次B氏曲线代替
B氏曲线直观、使用方便、便于交互设计等优点,但曲线 局部修改性较差。 用一个参数〔)描述的向量函数可以表示一条空间曲线, 用两个参数9的向量就能表示一个曲面。因此可以直 接由三次B氏曲面推广到双三次B氏曲面。 B.B样条曲线、曲面特点: B- spline继承了贝氏曲面的优点,仍采用特征多边形和权函 数定义曲线,只是权函数不同(不用伯恩斯坦基函数,而用B 样条基函数),B- spline曲线同样很容易推广到 B-spline曲面 B- spline曲线、曲面更具一般性,局部可修改,较成功地解 决了自由曲线、曲面描述问题。 C. NURBS( Non-Uniform rational b- Spline)曲线、曲面特点: 将曲面实体融为一体的表示法。 NURBS曲线提供了对标准
解析几何和自由曲线、曲面的统一的数学描述,它可以通过调 整控制顶点和权因子,而方便的改变曲面形态;同时也可方 便地转换成对应的贝塞尔曲面,因此 NURBS曲线、曲面目前 最流行。 2.曲面建模的适应场合: A.有限元的网格划分 B.三坐标到五巫标NC编程,即刀具轨迹仿真。 C.复杂实体造型的辅助工具 3.曲面建模(造型)举例: A.线性拉伸及扫描面[ Extrude( Tabulated) Surface]:由一条 Spline及一条空间 方向直线运动成面 B.直纹面( Ruled surface):由两条线( Spline)纹成面。 C.旋转面( Revolved Surface):由一条线( Spline)绕一条