產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)II實(shí)用教案

1、2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)1本講內(nèi)容本講內(nèi)容(nirng)形體的定義形體表示形式特征造型(zoxng)技術(shù)第1頁/共52頁第一頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)2造型發(fā)展的幾個造型發(fā)展的幾個(j )階段階段 線框模型 曲面模型 實(shí)體造型 特征造型 參數(shù)(cnsh)化 變量設(shè)計(jì)第2頁/共52頁第二頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)3線框模型線框模型(mxng)第3頁/共52頁第三頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技

2、術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)4線框模型線框模型(mxng)第4頁/共52頁第四頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)5線框模型線框模型(mxng)討論討論第5頁/共52頁第五頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)6曲面模型曲面模型 Surface Model 基本思想 采用空間(kngjin)的曲面來表示物體的外表面第6頁/共52頁第六頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)7曲面模型討論曲面模型討論(toln) 優(yōu)勢 能夠以線框、消隱、真實(shí)感繪制等方

3、式顯示設(shè)計(jì)模型，具有很好的顯示特性 在圖形仿真等領(lǐng)域仍然被廣泛采用 問題(wnt) 諸如體積、重心等幾何特性不易表達(dá) 應(yīng)用 實(shí)體造型系統(tǒng)中采用曲面模型技術(shù)協(xié)助完成復(fù)雜實(shí)體表面的造型第7頁/共52頁第七頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)8實(shí)體模型實(shí)體模型 Solid Model 顯示類型豐富 區(qū)分模型與模型的顯示方式 能夠(nnggu)表示形體的各種幾何、拓?fù)湫畔?現(xiàn)代設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的主要表達(dá)形式 進(jìn)一步分析的基礎(chǔ) 有限元分析等 機(jī)械設(shè)計(jì)自動化（MDA）的基礎(chǔ)第8頁/共52頁第八頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技

4、術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)9三維模型三維模型(mxng)的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化 相應(yīng)的產(chǎn)品信息表達(dá)層次不斷提高(t go) 不同模型在需要的情況下可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化 實(shí)體模型曲面模型 曲面模型線框模型 逆向轉(zhuǎn)化困難 包含的產(chǎn)品信息量第9頁/共52頁第九頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)10三維數(shù)字化產(chǎn)品三維數(shù)字化產(chǎn)品(chnpn)建模建模 工程設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié) 早期以幾何建模為主 完整產(chǎn)品信息模型(mxng) 產(chǎn)品整個生命周期中各個過程所需要的信息，如設(shè)計(jì)過程、工藝規(guī)劃、加工過程等 產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合各類數(shù)據(jù)的表達(dá)方式以及相互間的關(guān)系 產(chǎn)品信息模型(mxng)包

5、括 零件模型(mxng)底層的幾何拓?fù)湫畔?產(chǎn)品的加工和非加工特征信息,第10頁/共52頁第十頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)11幾何造型系統(tǒng)產(chǎn)品幾何造型系統(tǒng)產(chǎn)品(chnpn)信息模型不足信息模型不足 產(chǎn)品數(shù)據(jù)不完備(wnbi) 只涉及產(chǎn)品的幾何形狀數(shù)據(jù) 而反映設(shè)計(jì)意圖和工藝要求的信息沒有表達(dá) 如公差、粗糙度、材料、熱處理等 難以滿足產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換和信息集成的需要 數(shù)據(jù)的抽象層次低 只用低層次的幾何、拓?fù)湫畔肀磉_(dá)零件信息 不能提供高層次的概念實(shí)體 不利于工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表達(dá) 第11頁/共52頁第十一頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算

6、機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)12幾何幾何(j h)造型系統(tǒng)產(chǎn)品信息模型不足造型系統(tǒng)產(chǎn)品信息模型不足 Shah & Mntyl, 1995 Microscopic Data most engineering tasks deal with macroscopic entities (e.g., holes, slots)，not microscopic data (e.g., edges, faces, curves) Lack of Design Intent this makes it difficult to edit geometry (not knowing

7、 what it is there for.) Single Level Structure there is only one level of detail: ALL the detail! Tedious Construction第12頁/共52頁第十二頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)13基于特征的零件信息基于特征的零件信息(xnx)建模技術(shù)建模技術(shù) 采用具有工程意義(yy)的特征作為基本構(gòu)造單元 使整個信息模型具有豐富的語義 并提供高層次的產(chǎn)品信息, 完整、全面地描述產(chǎn)品信息模型 是現(xiàn)代CAD系統(tǒng)普遍采用的技術(shù) 特征建模既繼

8、承了幾何建模的優(yōu)點(diǎn) 又彌補(bǔ)了其存在的種種缺陷第13頁/共52頁第十三頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)14特征特征(tzhng)建模與幾何建模建模與幾何建模 相互聯(lián)系 幾何建模提供了面向幾何的產(chǎn)品信息的表現(xiàn)形式 特征建模提供了連接(linji)工程知識和幾何信息的工具 特征向下細(xì)分需要幾何建模提供產(chǎn)品的幾何形狀信息 向上則反映工程語義的高層次信息 基于特征造型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法是隨著 CAD/CAM一體化要求而產(chǎn)生的，是建立在實(shí)體造型方法基礎(chǔ)之上，更適合于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法第14頁/共52頁第十四頁，共53頁。2021年12月17

9、日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)15特征建模的信息特征建模的信息(xnx)模型模型著重表達(dá)產(chǎn)品的完整技術(shù)和生產(chǎn)管理信息不單純注重產(chǎn)品幾何描述問題保留各功能形素的原始(yunsh)定義和相互依賴關(guān)系避免設(shè)計(jì)和制造信息不連貫特征造型用統(tǒng)一產(chǎn)品模型替代傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的成套圖紙和技術(shù)文檔，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)準(zhǔn)備各環(huán)節(jié)得以并行展開第15頁/共52頁第十五頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)16特征特征(tzhng)建模的形體要求建模的形體要求基準(zhǔn)特征基準(zhǔn)點(diǎn)、中心線、局部坐標(biāo)系配合面、支撐面、定位面和基準(zhǔn)面等引入非流形和非規(guī)則

10、(guz)集合擴(kuò)展歐拉操作范圍第16頁/共52頁第十六頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)17特征特征(tzhng)建模的操作對象建模的操作對象操作對象是產(chǎn)品的功能形素如螺紋孔、定位孔、鍵槽和凸臺等不再是實(shí)體造型采用的原始的線條(xintio)和體素需要采用局部操作和尺寸驅(qū)動技術(shù)使用新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和新的特征組合算法第17頁/共52頁第十七頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)18特征建模與設(shè)計(jì)特征建模與設(shè)計(jì)(shj)意圖意圖特征的引用直接體現(xiàn)(txin)了設(shè)計(jì)意圖產(chǎn)品模型易于理解節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)時間

11、推動產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)規(guī)范化加強(qiáng)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)與后續(xù)部門如分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗(yàn)各部門的聯(lián)系及時進(jìn)行反饋第18頁/共52頁第十八頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)19特征特征(tzhng)的定義的定義Feature Factura “making，formation”描述產(chǎn)品信息的集合不同行業(yè)、不同條件下定義差別很大不斷(bdun)發(fā)展的一個概念特征是有一定拓?fù)潢P(guān)系的一組實(shí)體體素構(gòu)成的特定型體，它還包括附加在型體之上的工程信息，對應(yīng)于零件上的一個或多個功能，能夠被固定的方法加工成型第19頁/共52頁第十九頁，共53頁。2021年12月17日

12、星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)20特征特征(tzhng)的定義的定義Shah et al., 1988A Features represents the engineering meaning or significance of the geometry of a part or assembly.特點(diǎn)(tdin)physical constituent of a part.mappable to a generic shape.has engineering significance.has predictable properties.第20頁/共52頁第二十

13、頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)21特征特征(tzhng)的分類的分類形狀特征Form Feature裝配(zhungpi)特征Assembly Feature精度特征Precision Feature材料特征Material Feature分析特征Analysis Feature補(bǔ)充特征Additional Feature第21頁/共52頁第二十一頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)22形狀形狀(xngzhun)特征特征Form Feature描述某一個具有一定工程意義的幾何形狀(xn

14、gzhun)信息其他非幾何信息的載體非幾何信息作為屬性或約束附加狀于形狀(xngzhun)特征主特征構(gòu)造零件的主要形狀(xngzhun)結(jié)構(gòu)輔特征對主特征的局部進(jìn)行修飾正特征、負(fù)特征、修飾特征第22頁/共52頁第二十二頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)23裝配裝配(zhungpi)特征特征Assembly Feature用于表達(dá)零件的裝配關(guān)系(gun x)以及裝配過程中所需的信息模型替代、包封、邊界盒裝配過程中生成的形狀特征：如配鉆等與形狀特征合稱為造型特征實(shí)際構(gòu)造產(chǎn)品外型的特征第23頁/共52頁第二十三頁，共53頁。2021年12月

15、17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)24面向過程面向過程(guchng)的特征的特征精度特征用于描述幾何形狀和尺寸的許可變動量或誤差尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度等材料特征描述材料的類型與性能以及材料處理等信息(xnx)機(jī)械物理化學(xué)等特性及熱處理方式與條件等第24頁/共52頁第二十四頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)25面向過程面向過程(guchng)的特征的特征分析特征、技術(shù)特征用于表達(dá)零件在性能分析時所使用的信息(xnx)有限元網(wǎng)格劃分補(bǔ)充特征、管理特征表達(dá)與以上無關(guān)的一些產(chǎn)品信息(xnx)描述零件設(shè)計(jì)的編碼等管理信息(x

16、nx)第25頁/共52頁第二十五頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)26形狀特征形狀特征(tzhng)幾何形狀幾何形狀通道(tngdo)凹陷凸起n過渡n面域n變形第26頁/共52頁第二十六頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)27形狀形狀(xngzhun)特征幾何形狀特征幾何形狀(xngzhun)通道與已存在形狀特征在兩端處的被減體凹陷與已存在形狀特征交與(jio y)一端的被減體凸起與已存在形狀特征交與(jio y)一端的被加體第27頁/共52頁第二十七頁，共53頁。2021年12月1

17、7日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)28形狀特征形狀特征(tzhng)幾何形狀幾何形狀過渡相交部分的平滑過渡區(qū)域面域定義已存在形狀(xngzhun)面上的二維要素變形折彎等變形操作第28頁/共52頁第二十八頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)29特征特征(tzhng)表示表示顯示與隱式總體表示形式特征標(biāo)識特征名位置與方向(fngxing)幾何要素輪廓線主參數(shù)第29頁/共52頁第二十九頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)30特征特征(tzhng)形成規(guī)則形成規(guī)則 形狀特征(tzhng)

18、 局部生成特征(tzhng) 全局定位特征(tzhng)第30頁/共52頁第三十頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)31局部生成局部生成(shn chn)特征特征抽象的特征隱式表示方法規(guī)定了某一特征的具體生成方法包括拉伸規(guī)則過渡(gud)規(guī)則形變規(guī)則組合規(guī)則復(fù)合規(guī)則第31頁/共52頁第三十一頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)32局部生成局部生成(shn chn)特征特征拉伸規(guī)則特征的局部形狀通過空間一輪廓線沿空間一曲線掃描而成分為線性拉伸、環(huán)形拉伸、廣義拉伸與形變(xngbin)因子拉伸過

19、渡規(guī)則為了實(shí)現(xiàn)兩個面的光滑連接形成的形狀包括面過渡、邊過渡、頂點(diǎn)過渡光滑過渡、平面過渡第32頁/共52頁第三十二頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)33局部局部(jb)生成特征生成特征形變規(guī)則反映形體局部形變而形成的特有局部形狀彎曲、扭曲組合(zh)規(guī)則同一特征按一定組合(zh)關(guān)系多處出現(xiàn)在原有形體的表面線性組合(zh)、陣列組合(zh)、環(huán)形組合(zh)復(fù)合規(guī)則不同特征按一定復(fù)合關(guān)系組成高層復(fù)雜形狀第33頁/共52頁第三十三頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)34全局全局(qunj

20、)規(guī)則規(guī)則用于確定特征的局部形狀在整個形體中的相對位置(wi zhi)組合通過局部規(guī)則生成的孤立局部形狀過渡規(guī)則與形變規(guī)則通過需要過渡的體素以及發(fā)生形變的區(qū)域來定位拉伸規(guī)則第34頁/共52頁第三十四頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)35全局規(guī)則全局規(guī)則(guz)拉伸規(guī)則拉伸規(guī)則(guz)定位定位拉伸體正負(fù)規(guī)則特征生成后新形體相對于原形體體積(tj)是否增加和減少邊界融合規(guī)則拉伸體端面與原形體的融合條件自由融合：拉伸結(jié)束后簡單粘合合并融合：繼續(xù)作形體延伸第35頁/共52頁第三十五頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(c

21、hnpn)造型與設(shè)計(jì)36全局全局(qunj)規(guī)則拉伸規(guī)則定位規(guī)則拉伸規(guī)則定位拉伸終止規(guī)定拉伸終止條件內(nèi)定終止規(guī)則由用戶規(guī)定拉伸度量，如孔的長度外定終止規(guī)則通過規(guī)定于原形體(xngt)有關(guān)的條件來確定拉伸的終止條件第36頁/共52頁第三十六頁，共53頁。第37頁/共52頁第三十七頁，共53頁。第38頁/共52頁第三十八頁，共53頁。第39頁/共52頁第三十九頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)40(Shah & Mntyl, 1995)1. Geometry from Features (GfF)e.g., for Part Desig

22、n2. Features from Geometry (FfG)e.g., for Manufacturing PlanningTwo Ways of Using Features第40頁/共52頁第四十頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)41使用特征使用特征(tzhng)的兩種途徑的兩種途徑 Shah & Mntyl, 1995 Geometry from Features (GfF) e.g., for Part Design Features from Geometry (FfG) e.g., for Manufactur

23、ing Planning第41頁/共52頁第四十一頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(shj)技術(shù)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)(shj)42使用使用(shyng)特征的兩種途徑特征的兩種途徑第42頁/共52頁第四十二頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)43特征特征(tzhng)互作用問題互作用問題第43頁/共52頁第四十三頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)44特征互作用特征互作用(zuyng)問題問題第44頁/共52頁第四十四頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)

24、產(chǎn)品(chnpn)造型與設(shè)計(jì)45特征特征(tzhng)識別識別第45頁/共52頁第四十五頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)46典型典型(dinxng)系統(tǒng)系統(tǒng)Pro/E 特征樹 所有零件（part）都是特征的集合 記錄組成零件的所有特征的類型及其相互關(guān)系 基特征（Base） 最早建立(jinl)的特征，其余均為子特征 可以是主特征和基準(zhǔn)特征 區(qū)分主、輔特征以及基特征與子特征第46頁/共52頁第四十六頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)47典型典型(dinxng)系統(tǒng)系統(tǒng)Pro/E第47頁/共52頁第四十七頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(jsh)產(chǎn)品造型與設(shè)計(jì)48典型典型(dinxng)系統(tǒng)系統(tǒng)Pro/E基本關(guān)系鄰接關(guān)系依附于共同的父特征父子關(guān)系存在依附關(guān)系刪除(shnch)父特征同時刪除(shnch)子特征第48頁/共52頁第四十八頁，共53頁。2021年12月17日星期五計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)產(chǎn)品