产品造型与设计.ppt

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1、产品造型与设计II向辉山东大学软件学院工程硕士2003年秋季2023/2/261计算机辅助设计技术产品造型与设计本讲内容n形体的定义n形体表示形式n特征造型技术2023/2/262计算机辅助设计技术产品造型与设计造型发展的几个阶段n线框模型n曲面模型n实体造型n特征造型n参数化n变量设计2023/2/263计算机辅助设计技术产品造型与设计线框模型nWire framen基本思想n用三维空间的线条表达模型的棱边n立方体n12 边linesn8 顶点vertices2023/2/264计算机辅助设计技术产品造型与设计线框模型n二维绘图系统的自然扩展n增加了Z坐标n可以产生任意视图，并保证正确的投影

2、关系n工程图绘制n比二维绘图系统大大前进了一步2023/2/265计算机辅助设计技术产品造型与设计线框模型讨论n问题n二义性n只能以线框的形式加以显示n很多模型属性无法计算n当前应用n实体造型系统中的辅助手段2023/2/266计算机辅助设计技术产品造型与设计曲面模型nSurface Modeln基本思想n采用空间的曲面来表示物体的外表面2023/2/267计算机辅助设计技术产品造型与设计曲面模型讨论n优势n能够以线框、消隐、真实感绘制等方式显示设计模型，具有很好的显示特性n在图形仿真等领域仍然被广泛采用n问题n诸如体积、重心等几何特性不易表达n应用n实体造型系统中采用曲面模型技术协助完成复杂

3、实体表面的造型2023/2/268计算机辅助设计技术产品造型与设计实体模型nSolid Modeln显示类型丰富n区分模型与模型的显示方式n能够表示形体的各种几何、拓扑信息n现代设计系统中的主要表达形式n进一步分析的基础n有限元分析等n机械设计自动化（MDA）的基础2023/2/269计算机辅助设计技术产品造型与设计三维模型的转化n相应的产品信息表达层次不断提高 n不同模型在需要的情况下可以进行转化n实体模型曲面模型n曲面模型线框模型n逆向转化困难n包含的产品信息量2023/2/2610计算机辅助设计技术产品造型与设计三维数字化产品建模n工程设计的重要环节n早期以几何建模为主n完整产品信息模型

4、n产品整个生命周期中各个过程所需要的信息，如设计过程、工艺规划、加工过程等n产品数据的集合各类数据的表达方式以及相互间的关系n产品信息模型包括n零件模型底层的几何拓扑信息n产品的加工和非加工特征信息,2023/2/2611计算机辅助设计技术产品造型与设计几何造型系统产品信息模型不足n产品数据不完备n只涉及产品的几何形状数据n而反映设计意图和工艺要求的信息没有表达n如公差、粗糙度、材料、热处理等n难以满足产品数据交换和信息集成的需要n数据的抽象层次低n只用低层次的几何、拓扑信息来表达零件信息n不能提供高层次的概念实体n不利于工程设计的数据表达 2023/2/2612计算机辅助设计技术产品造型与设

5、计几何造型系统产品信息模型不足nShah&Mntyl,1995Shah&Mntyl,1995nMicroscopic Data nmost engineering tasks deal with macroscopic entities(e.g.,holes,slots)，not microscopic data(e.g.,edges,faces,curves)nLack of Design Intentnthis makes it difficult to edit geometry(not knowing what it is there for.)nSingle Level Struct

6、urenthere is only one level of detail:ALL the detail!nTedious Construction2023/2/2613计算机辅助设计技术产品造型与设计基于特征的零件信息建模技术n采用具有工程意义的特征作为基本构造单元n使整个信息模型具有丰富的语义n并提供高层次的产品信息,n完整、全面地描述产品信息模型n是现代CAD系统普遍采用的技术n特征建模既继承了几何建模的优点n又弥补了其存在的种种缺陷2023/2/2614计算机辅助设计技术产品造型与设计特征建模与几何建模n相互联系n几何建模提供了面向几何的产品信息的表现形式 n特征建模提供了连接工程知识

7、和几何信息的工具n特征向下细分需要几何建模提供产品的几何形状信息n向上则反映工程语义的高层次信息 n基于特征造型的产品设计方法是随着 CAD/CAM一体化要求而产生的，是建立在实体造型方法基础之上，更适合于计算机集成制造系统的产品设计方法2023/2/2615计算机辅助设计技术产品造型与设计特征建模的信息模型n着重表达产品的完整技术和生产管理信息n不单纯注重产品几何描述问题n保留各功能形素的原始定义和相互依赖关系n避免设计和制造信息不连贯n特征造型用统一产品模型替代传统设计中的成套图纸和技术文档，使产品设计和生产准备各环节得以并行展开2023/2/2616计算机辅助设计技术产品造型与设计特征建

8、模的形体要求n基准特征n基准点、中心线、局部坐标系n配合面、支撑面、定位面和基准面等n引入非流形和非规则集合n扩展欧拉操作范围2023/2/2617计算机辅助设计技术产品造型与设计特征建模的操作对象n操作对象是产品的功能形素n如螺纹孔、定位孔、键槽和凸台等n不再是实体造型采用的原始的线条和体素n需要采用局部操作和尺寸驱动技术n使用新的数据结构和新的特征组合算法2023/2/2618计算机辅助设计技术产品造型与设计特征建模与设计意图n特征的引用直接体现了设计意图n产品模型易于理解n节省产品设计时间n推动产品设计与工艺设计规范化n加强了产品设计与后续部门如分析、工艺准备、加工、检验各部门的联系n及

9、时进行反馈2023/2/2619计算机辅助设计技术产品造型与设计特征的定义nFeature Factura “making，formation”n描述产品信息的集合n不同行业、不同条件下定义差别很大n不断发展的一个概念n特征是有一定拓扑关系的一组实体体素构成的特定型体，它还包括附加在型体之上的工程信息，对应于零件上的一个或多个功能，能够被固定的方法加工成型2023/2/2620计算机辅助设计技术产品造型与设计特征的定义nShah et al.,1988Shah et al.,1988nA Features represents the engineering meaning or signif

10、icance of the geometry of a part or assembly.n特点nphysical constituent of a part.nmappable to a generic shape.nhas engineering significance.nhas predictable properties.2023/2/2621计算机辅助设计技术产品造型与设计特征的分类n形状特征Form Featuren装配特征Assembly Featuren精度特征Precision Featuren材料特征Material Featuren分析特征Analysis Featur

11、en补充特征Additional Feature2023/2/2622计算机辅助设计技术产品造型与设计形状特征Form Featuren描述某一个具有一定工程意义的几何形状信息n其他非几何信息的载体n非几何信息作为属性或约束附加状于形状特征n主特征n构造零件的主要形状结构n辅特征n对主特征的局部进行修饰n正特征、负特征、修饰特征2023/2/2623计算机辅助设计技术产品造型与设计装配特征Assembly Featuren用于表达零件的装配关系以及装配过程中所需的信息n模型替代、包封、边界盒n装配过程中生成的形状特征：如配钻等n与形状特征合称为造型特征n实际构造产品外型的特征2023/2/26

12、24计算机辅助设计技术产品造型与设计面向过程的特征n精度特征n用于描述几何形状和尺寸的许可变动量或误差n尺寸公差、形状公差、表面粗糙度等n材料特征n描述材料的类型与性能以及材料处理等信息n机械物理化学等特性及热处理方式与条件等2023/2/2625计算机辅助设计技术产品造型与设计面向过程的特征n分析特征、技术特征n用于表达零件在性能分析时所使用的信息n有限元网格划分n补充特征、管理特征n表达与以上无关的一些产品信息n描述零件设计的编码等管理信息2023/2/2626计算机辅助设计技术产品造型与设计形状特征几何形状n通道n凹陷n凸起n过渡n面域n变形2023/2/2627计算机辅助设计技术产品造

13、型与设计形状特征几何形状n通道n与已存在形状特征在两端处的被减体n凹陷n与已存在形状特征交与一端的被减体n凸起n与已存在形状特征交与一端的被加体2023/2/2628计算机辅助设计技术产品造型与设计形状特征几何形状n过渡n相交部分的平滑过渡区域n面域n定义已存在形状面上的二维要素n变形n折弯等变形操作2023/2/2629计算机辅助设计技术产品造型与设计特征表示n显示与隐式n总体表示形式n特征标识n特征名n位置与方向n几何要素n轮廓线n主参数2023/2/2630计算机辅助设计技术产品造型与设计特征形成规则n形状特征n局部生成特征n全局定位特征2023/2/2631计算机辅助设计技术产品造型与

14、设计局部生成特征n抽象的特征隐式表示方法n规定了某一特征的具体生成方法n包括n拉伸规则n过渡规则n形变规则n组合规则n复合规则2023/2/2632计算机辅助设计技术产品造型与设计局部生成特征n拉伸规则n特征的局部形状通过空间一轮廓线沿空间一曲线扫描而成n分为线性拉伸、环形拉伸、广义拉伸与形变因子拉伸n过渡规则n为了实现两个面的光滑连接形成的形状n包括面过渡、边过渡、顶点过渡n光滑过渡、平面过渡2023/2/2633计算机辅助设计技术产品造型与设计局部生成特征n形变规则n反映形体局部形变而形成的特有局部形状n弯曲、扭曲n组合规则n同一特征按一定组合关系多处出现在原有形体的表面n线性组合、阵列组

15、合、环形组合n复合规则n不同特征按一定复合关系组成高层复杂形状2023/2/2634计算机辅助设计技术产品造型与设计全局规则n用于确定特征的局部形状在整个形体中的相对位置n组合通过局部规则生成的孤立局部形状n过渡规则与形变规则n通过需要过渡的体素以及发生形变的区域来定位n拉伸规则2023/2/2635计算机辅助设计技术产品造型与设计全局规则拉伸规则定位n拉伸体正负规则n特征生成后新形体相对于原形体体积是否增加和减少n边界融合规则n拉伸体端面与原形体的融合条件n自由融合：拉伸结束后简单粘合n合并融合：继续作形体延伸2023/2/2636计算机辅助设计技术产品造型与设计全局规则拉伸规则定位n拉伸终

16、止n规定拉伸终止条件n内定终止规则n由用户规定拉伸度量，如孔的长度n外定终止规则n通过规定于原形体有关的条件来确定拉伸的终止条件2023/2/2637计算机辅助设计技术产品造型与设计2023/2/2638计算机辅助设计技术产品造型与设计2023/2/2639计算机辅助设计技术产品造型与设计2023/2/2640计算机辅助设计技术产品造型与设计(Shah&Mntyl,1995)1.Geometry from Features(GfF)e.g.,for Part Design2.Features from Geometry(FfG)e.g.,for Manufacturing PlanningTw

17、o Ways of Using Features2023/2/2641计算机辅助设计技术产品造型与设计使用特征的两种途径使用特征的两种途径nShah&Mntyl,1995Shah&Mntyl,1995nGeometry from Features(GfF)ne.g.,for Part DesignnFeatures from Geometry(FfG)ne.g.,for Manufacturing Planning2023/2/2642计算机辅助设计技术产品造型与设计使用特征的两种途径使用特征的两种途径2023/2/2643计算机辅助设计技术产品造型与设计特征互作用问题特征互作用问题2023/

18、2/2644计算机辅助设计技术产品造型与设计特征互作用问题特征互作用问题2023/2/2645计算机辅助设计技术产品造型与设计特征识别特征识别2023/2/2646计算机辅助设计技术产品造型与设计典型系统Pro/En特征树n所有零件（part）都是特征的集合n记录组成零件的所有特征的类型及其相互关系n基特征（Base）n最早建立的特征，其余均为子特征n可以是主特征和基准特征n区分主、辅特征以及基特征与子特征2023/2/2647计算机辅助设计技术产品造型与设计典型系统Pro/E2023/2/2648计算机辅助设计技术产品造型与设计典型系统Pro/En基本关系n邻接关系n依附于共同的父特征n父子

19、关系n存在依附关系n删除父特征同时删除子特征2023/2/2649计算机辅助设计技术产品造型与设计典型系统Pro/En基准特征，虚体特征nDatumn几何特性分类n虚平面n虚轴线n虚点n虚线n坐标系2023/2/2650计算机辅助设计技术产品造型与设计扫描特征n原理：点动成线、线动成面、面动成体n所有系统中主要的造型方法之一n直线扫描：extruden回转扫描：revolven路径扫描：sweepn混合扫描：blendn薄壁扫描：thin：壁厚参数n安装复杂程度，尽可能使用简单的扫描方式2023/2/2651计算机辅助设计技术产品造型与设计辅特征n槽：slotn切削：cutn孔：holen轴：Shaftn倒角:Chamfern倒圆角:Roundn颈:Neckn法兰:Flangen筋：Ribs2023/2/2652计算机辅助设计技术产品造型与设计