机械CAD/CAM技术课件第5章.ppt
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1、第五章第五章 机械机械CAD/CAMCAD/CAM建模技术建模技术5.1 几何建模概念几何建模概念5.2 三维几何建模技术三维几何建模技术5.3 特征建模技术特征建模技术5.4 三维造型实例三维造型实例5.1 几何建摸概述几何建模:几何建模:用合适的数据结构对三维形体的几何形状及其属性进行描述,建立便于信息转换与处理的计算机内部模型的过程。几何建模作用意义几何建模作用意义:是CAD/CAM核心技术,为工程分析、工艺设计、物性计算、运动仿真、数控编程等后续作业提供了方便,是实现CAD/CAM技术的集成基础。 CADCAM建模技术的发展:建模技术的发展:线框模型表面模型曲面模型实体造型特征建模CA
2、D/CAMCAD/CAM几何建模基本知识几何建模基本知识几何信息:几何信息:是指形体的形状、位置和大小的信息。 如:直线描述方程,矩形体的长宽高等。拓扑信息拓扑信息:反映形体各组成元素数量及其相互间关系。 如:相交、相邻、相切、垂直、平行等。 注意注意:两形体几何信息相同,若拓扑信息不同,则两形体可能完全不同。 形体基本元素:形体基本元素:点、边、面 基本元素的拓扑关系:基本元素的拓扑关系: 面面、面边、面点面面、面边、面点 边边、边点、边面边边、边点、边面 点点、点边、点面点点、点边、点面形体六层拓朴结构形体六层拓朴结构 体(Object)壳(Shell)面(Face)环(Loop)边(Ed
3、ge)点(Vertex)体体 由封闭表面围成的有效空间 ;壳壳 构成一个完整实体的封闭边界,是一组面的集合;面面 由一个外环和若干内环界定的有界、不连通的表面; 环环 是面的封闭边界,由有序、有向边的集合; 边边 是实体两个邻面的交界;顶点顶点 为边的端点,两条或两条以上边的交点。正则集与正则集合运算正则集与正则集合运算正则集:正则集:一集合S的内部闭包与原来的集合相等。 S=kiS (k闭包,i内部,S集合)正则化集合算子正则化集合算子:集合运算后仍产生正则集。 U*(并)、*(交)、*(差)。AB运算得到的非正则点集 闭包悬边欧拉公式:欧拉公式:欧拉公式用来检验形体的合法性和一致性。正则形
4、体欧拉公式:正则形体欧拉公式: V E + F = 2 如:长方体V=8、E=12、F=6,则812+6=2。封闭多面体分割成封闭多面体分割成B B个独立多面体:个独立多面体: V E + F B= 1 如B=6、V=9、E=20、F=18,则9 20 + 18 6=1。 有孔洞形体有孔洞形体: G为穿透孔数,L为所有面上内环数 V E + F L=2(B G) 如下图c ,则:16-24+11-1=2 (1-0) 5.2 三维几何建模技术三维几何建模技术 1 1、线框建模、线框建模 2 2、表面(曲面)建模、表面(曲面)建模 3 3、实体模型、实体模型 1 1)构造体素几何表示法)构造体素几
5、何表示法 2 2)边界表示法:)边界表示法: 3 3)扫描表示法)扫描表示法 4 4)单元表示法)单元表示法 1、线框模型、线框模型(Wireframe Model)原理:原理:通过顶点和棱边来描述形体的几何形状。数据结构:数据结构:顶点表、棱边表二表结构。 特点:特点:数据结构简单、信息量少、占用内存空间小、操作速度快, 可生成三视图、透视图和轴侧图。 不足:不足:缺少面、体信息,易产生多义性,不能消隐、不能剖视、 不能进行物性计算和求交计算等线线框框建建模模的的数数据据结结构构 2.2.表面(曲面)建模表面(曲面)建模 原理:原理:通过对物体各个面的描述进行三维建模的方法。数据结构:数据结
6、构:顶点表、棱边表、面表三表结构。特点:特点:可消隐、剖面图生成、渲染、求交、刀轨生成等作业。不足:不足:缺少体信息,不便进行物性计算和分析。表表面面模模型型的的数数据据结结构构 曲面建模曲面建模a)平面平面: 三个点定义;b)线性拉伸面线性拉伸面: 一条平面曲线沿直线方向移动扫成;c)直纹面直纹面 一直线两端点在两曲线对应等参数点上移动形成;d)回转面回转面 平面线框图绕某一轴线旋转产生;e)扫成面扫成面 一剖面线沿一条导线移动构成; 一剖面线沿导线光滑过渡到另一剖面线; 一剖面线沿两条给定等参数边界移动形成。f)圆角面圆角面 圆角过渡面;g)等距面等距面 沿原始曲面法线方向移动一个固定的距
7、离。3.实体建模实体建模实体建模概念实体建模概念:描述了实体全部几何信息,且定义了实体所有点、线、面、体拓扑信息。特点:特点:实现消隐、剖切、有限元分析、数控加工,物性计算等操作。 实体模型表示方法:实体模型表示方法:构造体素几何表示法构造体素几何表示法(CSG,Constructive Solid Geometry) 扫描表示法扫描表示法(Sweeping Representation) 边界表示法边界表示法(B-Rep,Boundary Representation) 单元表示法单元表示法 1、构造体素几何表示法(构造体素几何表示法(CSG) 通过基本体素交、并、差正则集合运算构造各种复杂
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