計算機(jī)輔助制造

計算機(jī)輔助制造1第一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五實體造型技術(shù)特征建模裝配造型參數(shù)化與變量化技術(shù)主要內(nèi)容2第二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五實體造型技術(shù)實體造型技術(shù)的發(fā)展概況實體造型的概念是在20世紀(jì)60年代初提出的，但由于當(dāng)時理論研究和實踐都不夠成熟，實體造型技術(shù)發(fā)展緩慢。70年代初出現(xiàn)了簡單的具有一定實用性的基于實體造型CAD/CAM系統(tǒng)，并且實體造型在理論研究方面也相應(yīng)取得了進(jìn)展，如1973年，英國劍橋大學(xué)的布雷德(I.C.Baird)曾提出采用六種體素作為構(gòu)造機(jī)械零件的積木塊的方法，然而實體造型只用幾何信息表示是不充分的還需要表示形體之間相互關(guān)系、拓?fù)湫畔ⅰ５?0年代后期，實體造型技術(shù)在理論、算法和應(yīng)用方面逐漸成熟。3第三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五進(jìn)入80年代后，國內(nèi)外不斷推出實用的實體造型，在實體模型CAD、實體機(jī)械零件設(shè)計、物性計算、三維形體的有限元分析、運動學(xué)分析、建筑物設(shè)計、空間布置、計算機(jī)輔助NC程序的生成和檢驗、部件裝配、機(jī)器人、電影制片技術(shù)中的動畫、電影特技鏡頭、景物模擬、醫(yī)療工程中的立體斷面檢查等方面得到廣泛的應(yīng)用。4第四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五實體造型的概念

所謂的實體造型是以立方體、圓柱體、球體、錐體、環(huán)狀體等多種基本體素為單元元素，通過集合運算（拼合或布爾運算），生成所需要的幾何形體。這些形體具有完整的幾何信息，是真實而唯一的三維物體。實體造型包括兩部分內(nèi)容：a、體素定義和描述b、體素之間的布爾運算（并、交、差）實體造型方法主要有：邊界表示法構(gòu)造實體幾何法掃描法5第五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五5.1布爾運算理論

布爾運算是構(gòu)造復(fù)雜實體的有效工具。所謂的布爾運算就是如果一個實體是由兩個或兩個以上較簡單的體素（Primitive）經(jīng)過集合運算得到的，那么這個實體的表示就是布爾模型，而這種集合運算叫布爾運算。

假設(shè)A、B為兩個實體，C=A<OP>B,這里<OP>代表任一正則化布爾算子，那么C就是布爾模型。A、B、C三者必須有相同的空間維數(shù)。符號<OP>代表正則算子（布爾算子），它可以是∪（并）、∩（交）和-（差）等。6第六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五正則體為了保證幾何造型的可靠性和可加工性，要求形體上任何一點的足夠小的領(lǐng)域在拓?fù)渖蠎?yīng)是一個等價的封閉圈，即圍繞該點的形體鄰域在二維空間中可構(gòu)成一個單連通域，我們把滿足這個定義的形體成為正則形體。7第七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五

集合運算（并、交、差）是構(gòu)造形體的基本方法，正則形體經(jīng)過集合運算后，可能會產(chǎn)生懸邊、懸面等低于三維的形體。正則集合運算保證集合運算的結(jié)果仍是一個正則形體，即丟棄懸邊、懸面等。

布爾模型的一個重要特點是：布爾模型是一個過程模型（ProceduralModel）

例如：假定從A、B、C三個實體的頂點坐標(biāo)得知它們的大小、位置和方位，D的布爾模型是D=（A∪B）-C。該模型沒有沒有定量地說明新產(chǎn)生的實體，（新體素的頂點坐標(biāo)，或有關(guān)新棱邊和面的任何信息）而是僅僅規(guī)定體素的結(jié)合方式，即關(guān)于A、B、C三個體素的幾何和拓?fù)湫畔ⅲ约靶聦嶓wD的構(gòu)造方法，因此，布爾模型是過程模型，也可稱作非求值模型。

8第八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五新實體的信息，是通過對布爾模型進(jìn)行求值計算得到的。例如，計算交線和交點、拓?fù)潢P(guān)系分類、分析運算得到的新元素的連通性，以確定該模型的拓?fù)涮攸c，從而決定新的棱邊和新的頂點。這一過程中，體素的結(jié)構(gòu)表示就是將布爾算子直接變換成二叉樹結(jié)構(gòu)表示，在模型的二叉樹結(jié)構(gòu)中，葉結(jié)點上是體素，每個內(nèi)部結(jié)點及根結(jié)點上是布爾算子。

體素的構(gòu)造在計算機(jī)系統(tǒng)中，體素是作為圖模型存儲，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式為二叉樹結(jié)構(gòu)。這些體素模型的二叉樹上的葉結(jié)點是可以縮放和定位的單元形體和參數(shù)化形體。

另外，體素也可以是有向曲面或半空間的布爾組合。有向曲面就是由其面上任何一點的法向決定體素內(nèi)部和外部的曲面。一個無界面將笛卡爾空間劃分為兩個無界區(qū)，每個無界區(qū)被稱作半空間。一組特定的半空間通過布爾交可以形成一個三維實體。9第九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五布爾運算的具體實現(xiàn)設(shè)A和B是兩個分別用B-rep（邊界表示法）法描述的多面體，布爾運算C=A<OP>B的運算過程一般由下面幾個步驟逐漸完成。（1）確定布爾運算兩物體之間的關(guān)系物體的B-rep結(jié)構(gòu)表示中，面、邊、點之間的基本分類關(guān)系分別是“點在面上”、“點在邊上”、“兩點重合”、“邊在面上”、“兩邊共線”、“兩個多邊形共面”等六種關(guān)系。(2)進(jìn)行邊、體分類對A物體上的每一條邊，確定對B物體的分類關(guān)系（A在B物體內(nèi)、外、上面、相交等）；同樣對B物體上的每一條邊，確定對A物體的分類關(guān)系。（3）計算多邊形的交線計算A物體上的多邊形PA和B物體上的多邊形PB的交線。在布爾模型的邊界求值計算方面，求交計算是關(guān)鍵一環(huán)。10第十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五（4）構(gòu)造新物體C表面上的邊對于物體A和物體B上的每一個多邊形PA、PB，根據(jù)布爾運算算子收集多邊形PA與多邊形PB的交線以生成新物體C表面的邊，如果多邊形PA上有邊被收集到新物體C的表面，則PA所在的平面就成為新物體C表面上的一個平面，多邊形PA的一部分或全部則成為新物體C的一個或多個多邊形。如果定義了兩個物體A和B的完整邊界，那么物體C的完整邊界就是A和B邊界各部分的總和。（5）構(gòu)造多邊形的面對新物體C上的每一個面，將其邊排序構(gòu)成多邊形面環(huán)。（6）合法性檢查檢查體C的B-rep表示的合法性。11第十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五實體造型－邊界表示法邊界表示法B-rep(Boundaryrepresenta－tions)是以物體邊界為基礎(chǔ)，定義和描述幾何形體的方法。具體來說就是，每個物體都由有限個面構(gòu)成，每個面（平面或曲面）由有限條邊圍成的有限個封閉域定義。或者說，物體的邊界是有限個單元面的并集，而每一個單元面也必須是有界的，用邊界法描述實體，必須滿足一定條件。一個理想、有效表面的條件是：封閉、有向、不自交、有限和相連接，并能區(qū)分實體邊界內(nèi)、邊界外和邊界上的點。這種方法能給出物體完整、顯式的邊界描述。12第十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五邊界法數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)邊界表示法強(qiáng)調(diào)物體的外表細(xì)節(jié)，其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是把面、頂點的信息分層記錄，并建立層與層之間的關(guān)系，如下圖所示。

13第十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五分層記錄的信息包括相互獨立雙相互聯(lián)系的兩部分：一組是幾何信息，一組為拓?fù)湫畔ⅰ缀涡畔⑹侵笟W氏空間中的位置和大小，包括點的坐標(biāo)，曲線和曲面的數(shù)學(xué)方程等；拓?fù)湫畔⑹侵笌缀误w頂點、邊、面的數(shù)目、類型以及相互間的連通關(guān)系。根據(jù)這些明確的記錄信息，可以知道幾何體表面的范圍及其鄰接情況。14第十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五邊界表示法通過五層或六層的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來描述三維形體，并存儲形體的幾何信息，如右圖所示，因此該方法對形體的信息描述最完整。15第十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五在邊界表示的建模系統(tǒng)中通常采用翼邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是由斯坦福大學(xué)鮑姆加特（B.G.Baumgart）于70年代創(chuàng)造性地提出的，旨在為了有效地表示幾何體的拓?fù)潢P(guān)系邊結(jié)構(gòu)。運用翼邊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)檢索到某條邊后就可方便地檢索到該條邊的右鄰面和左鄰面、該條邊的兩端點和上下左右的四條鄰邊。由此，通過邊可方便地查找出各種元素的連接關(guān)系。邊界表示法存儲信息完整，信息量大，相應(yīng)存儲容量也大。16第十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五邊界表示法在絕大多數(shù)情況下，允許直接用面、邊、點定義的數(shù)據(jù)實現(xiàn)有關(guān)幾何體結(jié)構(gòu)的運算。這有利于生成和繪制線框圖、投影圖、有限元網(wǎng)格的劃分和幾何特性計算，容易與二維繪圖軟件銜接生成工程圖。此外，邊界表示法還能夠構(gòu)造用CSG法的體素?zé)o法拼合實現(xiàn)的復(fù)雜形體，如飛機(jī)、汽車等，因此，實體的邊界表達(dá)模型在實際工程有著廣泛的應(yīng)用。

邊界表示法的缺點：1、存儲量大;2、必須提供一個方便的用戶界面才能使信息量如此大的系統(tǒng)建立起它的邊界信息。17第十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五

邊界表示B-rep法中的表面合法性問題采用邊界表示B-rep法時，存在表面合法性問題。主要包括：一、幾何數(shù)據(jù)方面，二、拓?fù)浞矫?。如何檢查和保證合法性幾何數(shù)據(jù)的合法性一般由模型的設(shè)計者通過監(jiān)視等手段來保證，而拓?fù)浞矫娴暮戏ㄐ詣t由歐拉公式及歐拉算子來檢查保證。歐拉公式為V-E+F=2(s-h)+r其中V：頂點數(shù)E：邊數(shù)F：面數(shù)；s：相當(dāng)于獨立的、不相連續(xù)的多面體數(shù)h：是貫穿多面體的孔的個數(shù)；r：則為所有面上未連通的內(nèi)環(huán)數(shù)需要說明的是歐拉公式是檢查實體有效性的必要條件，而不是充分條件。18第十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五如下圖5-4所示的三個物體，(1)中的圓柱孔可看作是一個近似的四棱柱，用歐拉公式檢查全部合格，均為合法形體。結(jié)果如下：

V－E＋F=2(s－h(huán))＋r(a)14－21＋10=2×1－2×0＋1(b)16－24＋11=2×1－2×0＋1(c)24－36＋15=2×1-2×1＋319第十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五在保證歐拉不變性定理的條件下，對實體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的V、E、F、B、G、L等進(jìn)行的實或虛的數(shù)據(jù)項的增、刪、改的操作稱為歐拉操作?，F(xiàn)在已有一套歐拉算子供用戶使用，保證在每一步歐拉操作后正在構(gòu)造中的物體符合歐拉公式。邊界表示法的特點Brep表示的優(yōu)點：（1）表示形體的點、邊、面等幾何元素是顯式表示的，使得繪制Brep表示的形體的速度較快，而且比較容易確定幾何元素間的連接關(guān)系；20第二十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五（2）容易支持對物體的各種局部操作，比如進(jìn)行倒角，我們不必修改形體的整體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，而只需提取被倒角的邊和與它相鄰兩面的有關(guān)信息，然后，施加倒角運算就可以了；

（3）便于在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上附加各種非幾何信息，如精度、表面粗糙度等。Brep表示的缺點：（1）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量的存儲空間，維護(hù)內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的程序比較復(fù)雜；

（2）Brep表示不一定對應(yīng)一個有效形體。

21第二十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五構(gòu)造實體幾何法構(gòu)造實體幾何法CSG(ConstructiveSolidGeometry)是一種通過描述基本體素和集合運算（布爾）（并、交、差等）來構(gòu)造實體，即用基本體素拼合成復(fù)雜實體的建模方法。CSG可看成物體的單元分解的結(jié)果。在模型被分解為單元以后，通過拼合運算（并集）能使其結(jié)合為一體。CSG可以使用所有正則布爾運算：并集，交集、差集，從而既可以增加體素，又可以移去體素。以兩個三維體素為例，運算結(jié)果如圖所示。

體素拼合的集合運算22第二十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五CSG表示法與機(jī)械裝配的方式極其類似。從定義體素到拼合實體的過程，如同先設(shè)計制造零部件，然后將零部件裝配成產(chǎn)品的過程。因此用該方法來描述復(fù)雜實體是十分簡潔的，而且生成速度很快，從實體表示法到邊界表示法的轉(zhuǎn)換則需要進(jìn)行大量計算（包括整體性計算、圖形顯示模型計算和其他應(yīng)用內(nèi)容）。用CSG表示構(gòu)造幾何形體時，通常是先定義體素，然后通過布爾運算將體素拼合成所需要的幾何體。其特點是信息簡單，處理方便，無冗余的幾何信息，并詳細(xì)記錄了構(gòu)成幾何體的原始特征和全部定義參數(shù)，必要時還可以修改原體素參數(shù)或附加體素進(jìn)行重新拼合。CSG表示的幾何體具有唯一性和明確性，但一個幾何體CSG表示和描述方式卻不是唯一的，即可以用幾種不同CSG樹表示。CSG表示法對于自動加工生產(chǎn)有著潛在的意義。23第二十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五構(gòu)造實體幾何法的特點：CSG表示的優(yōu)點：

1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡單，數(shù)據(jù)量比較小，內(nèi)部數(shù)據(jù)的管理比較容易；2)CSG表示可方便地轉(zhuǎn)換成邊界（Brep）表示；3)CSG方法表示的形體的形狀，比較容易修改。CSG表示的缺點：

1)對形體的表示受體素的種類和對體素操作的種類的限制，也就是說，

CSG方法表示形體的覆蓋域有較大的局限性；2)對形體的局部操作不易實現(xiàn)，例如，不能對基本體素的交線倒圓角；3)由于形體的邊界幾何元素（點、邊、面）是隱含地表示在CSG中，故顯示與繪制CSG表示的形體需要較長的時間。

24第二十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五CSG與B-rep混合造型方法從CAD/CAPP/CAM的集成和發(fā)展角度來看，單純的幾何模型已不能滿足要求，而需要將幾何模型發(fā)展成為產(chǎn)品模型，即將設(shè)計制造信息加到幾何模型上。基于CSG和B-rep表示法的各自特點，所以有人便提出了在原來CSG樹的結(jié)點上再擴(kuò)充一級邊界數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)想，以便達(dá)到實現(xiàn)快速顯示圖形的目的。目前，許多CAD/CAM系統(tǒng)就是采用兩者綜合的混合實體造型技術(shù)。即采用CSG模型系統(tǒng)為外部模型，而用B-rep模型作為系統(tǒng)的內(nèi)部數(shù)據(jù)。

25第二十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五

掃描表示法掃描表示法(SweepRepresentation)是建立在沿某一軌跡移動一個點、一條曲線或一個曲面的想法之上的由這個過程所產(chǎn)生的那些點的軌跡定義一維、二維或三維的形體。用掃描法構(gòu)造實體易于理解、易于執(zhí)行，同時也為開發(fā)新方法提供了一個富于創(chuàng)造性的領(lǐng)域。掃描法實體造型需要的兩個要素：1、被移動的形體（掃描截面）2、移動該形體的軌跡（掃描路徑）形體可能是一條曲線，或是一個曲面，還可能是一個實體。而軌跡是可解析定義的路徑。最常用的掃描方法26第二十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五(1)平移掃描法它是一種沿空間某一軌跡移動某物體從而定義新物體的方法。（2）旋轉(zhuǎn)掃描法把一個二維圖形繞某一軸線旋轉(zhuǎn)來定義新物體，一般稱為旋轉(zhuǎn)體。(1)平移掃描法（2）旋轉(zhuǎn)掃描法如果在掃描過程中，允許掃描體的截面隨著掃描過程變化，那我們就可以得到不等截面的平移掃描體和非對稱的旋轉(zhuǎn)掃描體，這種方法法我們統(tǒng)稱為廣義掃描法，如圖所示。27第二十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五掃描表示法可使三維空間的實體和曲面由二維平面及曲線通過平移掃描和旋轉(zhuǎn)掃描來實現(xiàn)。這對于許多領(lǐng)域的工程設(shè)計人員來說都是很方便。例如，建筑設(shè)計師們就是先設(shè)計建筑的平面圖，然后通過平移掃描來構(gòu)造建筑物的模型的。因此，在三維物體的表示中，掃描表示法常常是必不可少的輸入手段，應(yīng)用頗為廣泛?？偨Y(jié)：從以上介紹的各種實體造型方法可以看出：邊界表示法以邊界為基礎(chǔ)，構(gòu)造實體幾何法以體素為基礎(chǔ)，掃描法以面為基礎(chǔ)，它們各有優(yōu)缺點，很難用一種方法代替。因此，許多系統(tǒng)都具有多種造型方法的功能，一般情況下，可通過相互之間的轉(zhuǎn)換來發(fā)揮各種造型方法的長處。28第二十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五5.2特征建模上世紀(jì)80年代以來，為了滿足CIMS技術(shù)發(fā)展的需要，人們一直在研究更完整描述幾何體的實體造型技術(shù)。為實現(xiàn)CAD/CAM技術(shù)的集成化，滿足自動化生產(chǎn)要求的實體造型技術(shù)必須考慮諸如倒角、圓弧、圓角、孔，以及加工用到各種過渡面形狀信息和工程信息，特征造型正是為滿足這一要求而被提出來的。特征的定義特征是指產(chǎn)品描述的信息的集合，并可按一定的規(guī)則分類。幾何造型系統(tǒng)中引入“特征”概念的目的：是為了增加實體幾何的工程意義。常用特征信息包括：

29第二十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五形狀特征：與描述零件幾何形狀、尺寸相關(guān)的信息集合，包括功能形狀、加工工藝形狀、裝配輔助形狀等。精度特征：在設(shè)計和加工中使用的形位公差、尺寸公差、表面粗糙度等信息集合。材料特征：與零件材料和熱處理相關(guān)的信息集合，比如材料性能、熱處理方式、硬度等值。管理特征：與零件管理有關(guān)的信息集合，包括標(biāo)題信息，零件材料，表面粗糙度等信息。裝配特征：與零件裝配相關(guān)的信息集合，如零件的裝配關(guān)系、配合關(guān)系、功能關(guān)系統(tǒng)。分析特征：有關(guān)工程分析方面的特征，如有限元分析中的梁特征、板特征等。特征表示及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特征表示主要包括：①表示幾何形狀的信息②表示屬性的信息30第三十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)幾何形狀的信息和屬性在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的關(guān)系，又可分為集成表達(dá)和分離表達(dá)兩種特征表達(dá)方式。

集成表達(dá)是將屬性信息與幾何形狀信息集成地表達(dá)在同一內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，而分離表達(dá)則是將屬性信息表達(dá)在與幾何形狀信息集分離的外部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。集成表達(dá)方式可以有效地避免出現(xiàn)分離模式中內(nèi)部實體模型數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)不一致和數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，可以方便地對多種抽象層次的數(shù)據(jù)進(jìn)行通信，從而滿足了不同應(yīng)用的需求。然而，對集成表達(dá)模式而言，由于現(xiàn)有的實體模型不能很好滿足特征模型的需求，需要從頭和實施全新的基于特征的表達(dá)方案，工作量太大。因此，不少系統(tǒng)依然采用了分離表達(dá)模式。

幾何形狀信息的表達(dá)，分隱式和顯式兩種。前者是對特征生成過程的描述；而后者則是確定幾何信息與拓?fù)湫畔⒌拿枋觥?1第三十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五如圖所示，用圓柱面、兩底面和兩條邊界來描述的圓柱即為顯示表達(dá)；而用中心線、長度和圓柱直徑來描述即為隱式表達(dá)。

幾何形狀信息常采用顯示方式表達(dá)，以面為基礎(chǔ)，通過關(guān)系表格記錄幾何要素的面、環(huán)、點等信息，為設(shè)計中幾何數(shù)據(jù)的直接提取提供方便。而非幾何信息多采用隱式表達(dá)。特征造型的特點32第三十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五與傳統(tǒng)的幾何造型方法相比，特征造型具有如下特點：（1）特征造型著眼于更好地表達(dá)產(chǎn)品的完整的技術(shù)和生產(chǎn)管理信息，為建立產(chǎn)品的集成信息服務(wù)。它的目的是用計算機(jī)可以理解和處理的統(tǒng)一的產(chǎn)品模型替代傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計和施工成套圖紙以及技術(shù)文檔，使得一個工程項目或機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)準(zhǔn)備的各個環(huán)節(jié)可以并行展開。（2）它使產(chǎn)品設(shè)計工作在更高層次上進(jìn)行，設(shè)計人員的操作對象不再是原始的線條和體素，而是產(chǎn)品的功能要素，像螺紋孔、定位孔、鍵槽等。特征的引用體現(xiàn)了設(shè)計意圖，使得建立的產(chǎn)品模型容易為別人理解和組織生產(chǎn)，設(shè)計的圖樣容易修改。設(shè)計人員可以將更多的精力用在創(chuàng)造性構(gòu)思上。（3）它有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、檢驗各個部門間的聯(lián)系，更好地將產(chǎn)品的設(shè)計意圖貫徹到各個后續(xù)環(huán)節(jié)并且及時得到后者的意見反饋，為開發(fā)新一代基于統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型CAD/CAM/CAE/CAPP集成系統(tǒng)創(chuàng)造良好的前提。33第三十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五特征模型與實體模型的不同，主要表現(xiàn)在內(nèi)部數(shù)據(jù)表示上。通過定義特征，可以避免計算機(jī)內(nèi)部實體模型數(shù)據(jù)與外部特征數(shù)據(jù)的不一致性和冗余，可以方便地對特征進(jìn)行編輯操作，使用戶的界面更加友好。以特征為基礎(chǔ)的造型方法是CAD建模方法的一個新的里程碑，它可以充分提供制造所需的幾何數(shù)據(jù)，從而可用于制造可行性方案的評價、功能分析、過程選擇、工藝過程設(shè)計等，把設(shè)計和生產(chǎn)過程緊密結(jié)合，有良好的發(fā)展前景。34第三十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五5.3裝配造型

在用計算機(jī)完成零件造型后，根據(jù)設(shè)計意圖將不同零件組裝配合在一起，形成與實際產(chǎn)品相一致的裝配體結(jié)構(gòu)以供設(shè)計者分析評估，我們稱此種技術(shù)為裝配造型技術(shù)。裝配模型的表示通常，一個復(fù)雜產(chǎn)品可分解成多個部件，每個部件又可以根據(jù)復(fù)雜程序的不同繼續(xù)劃分為下一級的子部件，如此類推，直至零件。這就是對產(chǎn)品的一種層次描述，采用這種描述可以為產(chǎn)品的設(shè)計、制造和裝配帶來很大的方便。同樣地，產(chǎn)品的計算機(jī)裝配模型也可以表示成這種層次關(guān)系，如圖所示。35第三十五頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五裝配結(jié)構(gòu)部件組成裝配的基本單元叫部件。一個部件可以是一個零件或一個子裝配體，也可以是一個空部件。一個裝配是由一系列部件按照一定的約束關(guān)系組合在一起的。部件既可以在當(dāng)前的裝配文件中創(chuàng)建，也可以在外部裝配模型文件中建立，然后引用到當(dāng)前文件中來。

36第三十六頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五根部件根部件是裝配模型的最頂層結(jié)構(gòu)，也是裝配模型的圖形文件名。當(dāng)創(chuàng)建一個新模型文件時，根部件就自動產(chǎn)生，此后引入該圖形文件的任何零件都會跟在該根部件之后。注意，根部件不是一個具體零部件，而是一個裝配體的總稱?；考考高M(jìn)入裝配中的第一個部件?；考荒鼙粍h除或禁止，不能被陣列，也不能改變成附加部件。它是裝配模型的最上層部件?；考谘b配模型中的自由度為零，無須施加任何裝配約束。子裝配體當(dāng)某一裝配體是另一裝配體的零部件時，則稱之為子裝配體。子裝配體常用于更高一層的裝配造型中作為一部件被裝配。子裝配體可以多層嵌套，以反映設(shè)計的層次關(guān)系。37第三十七頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五爆炸圖為了清楚地表達(dá)一個裝配，可以將部件沿其裝配的路線拉開，形成所謂的爆炸圖。爆炸圖比較直觀。常用于產(chǎn)品的說明插圖以方便用戶的組裝與維修。真空泵裝配體及其爆炸圖裝配樹所有的部件添加在基部件上面，形成一個樹狀的結(jié)構(gòu)叫做裝配樹。整個裝配建模的過程可以看成是這棵裝配樹的生長過程。在一棵裝配樹中記錄的是零部件之間的全部結(jié)構(gòu)關(guān)系，以及零部件之間的裝配約束關(guān)系。用戶可以從裝配樹中選取裝配部件，或者改變裝配部件之間的關(guān)系。38第三十八頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五39第三十九頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五40第四十頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五裝配約束技術(shù)裝配約束技術(shù)是指在裝配造型中，通過在零部件之間施加配合約束以對零件部件的自由度進(jìn)行限制的一種技術(shù)。①零部件自由度分析自由度描述了零部件運動的靈活性，自由度越大則零部件運動越靈活。三維空間中一個自由零件的自由度是6個；當(dāng)某零部件的自由度為0時，則稱為完全定位。②裝配約束分析裝配造型的過程可視為對零部件的自由度進(jìn)行限制的過程。其主要方式是對兩個或多個零部件施加各種配合約束，從而確定它們之間的幾何關(guān)系。裝配造型中常見的幾種配合約束類型41第四十一頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五貼合約束、對齊約束、平行約束、垂直約束、相切約束、距離約束、同軸心約束、角度約束裝配造型方法及步驟造型裝配主要以下兩種方法：1、自下而上的設(shè)計方法自下而上設(shè)計是由最底層的零件開始裝配，然后逐級逐層向上進(jìn)行裝配的一種方法。該方法比較傳統(tǒng)，其優(yōu)點是零部件是獨立設(shè)計，因此與自上向下設(shè)計法相比，它們的相互關(guān)系及重建行為更為簡單。2、自上而下的設(shè)計方法自上而下設(shè)計則是指由產(chǎn)品裝配開始，然后逐級逐層向下進(jìn)行設(shè)計的裝配造型方法。與自下而上的方法相比，它的優(yōu)點：可以首先申明各個子裝配的空間位置和體積，設(shè)定全局性的關(guān)鍵參數(shù)，為裝配中的子裝配和零件所用，從而建立起它們之間的關(guān)聯(lián)特性，發(fā)揮參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)越性，使得各裝配部件之間的關(guān)系更加密切。42第四十二頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五1）自下而上裝配造型的基本步驟①零件設(shè)計逐一構(gòu)造裝配體中的所有零件的特征模型。②裝配規(guī)劃對產(chǎn)品裝配進(jìn)行規(guī)劃。應(yīng)注意的問題:對復(fù)雜產(chǎn)品，應(yīng)采用部件劃分多層次的裝配方案，進(jìn)行裝配數(shù)據(jù)的組織和實施裝配。特別是對于一些通用零件，應(yīng)作成獨立的子裝配文件在裝配時進(jìn)行引用。考慮產(chǎn)品的裝配順序，確定零部件的引入順序及其配合約束方法。③裝配操作在述準(zhǔn)備工作基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)提供的裝配命令，逐一把零部件裝配成裝配模型。④裝配管理和修改可隨時對裝配體及其零部件構(gòu)成進(jìn)行管理和進(jìn)行各項修改操作。⑤裝配分析在完成了裝配模型后，應(yīng)進(jìn)行裝配干涉狀態(tài)分析、零部件物理特性分析等，若發(fā)現(xiàn)干涉碰撞現(xiàn)象，物理特性不符合要求，需對裝配模型進(jìn)行修改。⑥其他圖形表示如需要可生成爆炸圖、工程圖等。43第四十三頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五2）自上而下裝配造型的基本步驟①明確設(shè)計要求和任務(wù)確定諸如產(chǎn)品的設(shè)計目的、意圖、產(chǎn)品功能要求、設(shè)計任務(wù)等方面的內(nèi)容。②裝配規(guī)劃這是該造型中的關(guān)鍵步驟。這一步首先設(shè)計裝配樹的結(jié)構(gòu)，要把裝配的各個子裝配或部件勾畫出來，至少包括子裝配或部件的名稱，形成裝配樹。(a)劃分裝配體的層次結(jié)構(gòu)，并為每一個子裝配或部件命名。(b)全局參數(shù)化方案設(shè)計。由于這種設(shè)計方法更加注重零部件之間的關(guān)聯(lián)性，設(shè)計中修改將更加頻繁，因此，應(yīng)該設(shè)計一個靈活的、易于修改的全局參數(shù)化方案。(c)規(guī)劃零部件間的裝配約束方法。事先要規(guī)劃好零部件間的裝配約束方法，可以采用逐步深入的規(guī)劃。

③設(shè)計骨架模型骨架模型是裝配造型中的核心內(nèi)容，它包含了整個裝配的重要的設(shè)計參數(shù)。這些參數(shù)可以被各個部件引用，以便將設(shè)計意圖融入到整個裝配中。

44第四十四頁，共四十九頁，編輯于2023年，星期五④部件設(shè)計及裝配采取由粗到精的策略，先設(shè)計粗略的幾何模型，在此基礎(chǔ)上再按照裝配規(guī)劃，對初始輪廓模型加上正確的裝配約束；采用相同方法對部