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1、见习机械设计工程师资格考试培训课程第第2章章 三维几何建模技术三维几何建模技术2.1 几何建模方法几何建模方法2.2 图形输入图形输入2.3 机械零件的特征机械零件的特征2.4 SolidWorks三维设计三维设计 考试内容：考试内容：（1）掌握三维图形的几种变换。）掌握三维图形的几种变换。（2）了解目前常用的三维几何建模系统。掌握实体）了解目前常用的三维几何建模系统。掌握实体造型系统中的通用技术和特点。造型系统中的通用技术和特点。（3）掌握特征造型的来源以及广义定义。）掌握特征造型的来源以及广义定义。（4）学会使用一种三维软件设计）学会使用一种三维软件设计23个三维零件，个三维零件，装配一个
2、含装配一个含10个零件以下的装配体。个零件以下的装配体。（5）学会使用一种三维软件实现由三维零件输出二）学会使用一种三维软件实现由三维零件输出二维零件工程图。维零件工程图。知识要点：知识要点：1 1、几何建模方法、几何建模方法几何建模定义几何建模定义 几何建模方式：线框、表面、实体几何建模方式：线框、表面、实体实体建模的方法（两种）及特点实体建模的方法（两种）及特点2 2、特征建模、特征建模特征建模定义特征建模定义 特征建模的分类（六类）（狭义）特征建模的分类（六类）（狭义）广义特征广义特征第第2 2章章2.1 几何建模方法几何建模方法几何建模几何建模利用交互方式将现实中的物体模型输利用交互方
3、式将现实中的物体模型输入计算机，而计算机以一定的方式将其存储。入计算机，而计算机以一定的方式将其存储。CAD几何建模（核心）几何建模几何建模分析分析计算计算CAM基础基础第第2 2章章几何建模几何建模几何信息几何信息拓扑信息拓扑信息（零件）（零件）物体在欧式空间中的形物体在欧式空间中的形状、位置和大小状、位置和大小物体组成的数目及相互物体组成的数目及相互间的关系间的关系线框建模线框建模表面建模表面建模实体建模实体建模（Wireframe Model)（Surface Model)（Solid Model)(UG、Pro/E、Solidworks等）等）有机结合有机结合特征特征建模建模（CAD/
4、CAPP/CAM集成的重集成的重要手段）要手段）最最新新发发展展几何建模方法边界表示法边界表示法实体结构几何法实体结构几何法B-REPCSG混合技术混合技术第第2 2章章几何建模方法Constructive Solid Geometry 1 1线框建模线框建模 第第2 2章章几何建模方法 线框建模是利用基本线素来定线框建模是利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立义设计目标的棱线部分而构成的立体框架图。线框建模生成的实体模体框架图。线框建模生成的实体模型是由一系列的直线、圆弧、点及型是由一系列的直线、圆弧、点及自由曲线组成的，描述的是零件的自由曲线组成的，描述的是零件的轮廓外形轮廓外形。
5、线线框框建建模模分分为为二二维维线线框框建建模模和和三三维维线线框框建建模模。二二维维线线框框建建模模以以二二维维平平面面的的基基本本图图形形元元素素(如如点点、直直线线、圆圆弧弧等等)为为基基础础表表达达二二维维图图形形。虽虽然然比比较较简简单单，但但各各视视图图及及剖剖面面图图是是独独立立产产生生的的，因因此此不不可可能能将将描描述述同同一一个个零零件件的的不不同同信信息息构构成成一一个个整整体体模模型型。所所以以当当一一个个视视图图改改变变时时，其其它它视视图图不不可可能能自自动动改改变变，这这是是二二维维线线框框的的一一个个很很大大弱弱点点。三三维维线线框框建建模模用用三三维维的的基基
6、本本图图形形元元素素来来描描述述和和表表达达物物体体，同同时时仅仅限限于于点、线和曲线的组成。下图为立方体的线框模型。点、线和曲线的组成。下图为立方体的线框模型。第第2 2章章几何建模方法立方体的线框模型 第第2 2章章几何建模方法线框建模 线框造型所需信息最少，数据运算简单，所占线框造型所需信息最少，数据运算简单，所占存储空间较小，对计算机硬件的要求不高，计算存储空间较小，对计算机硬件的要求不高，计算机处理时间短。但线框造型所构造的实体模型只机处理时间短。但线框造型所构造的实体模型只有离散的边，而没有边与边的关系，由于信息表有离散的边，而没有边与边的关系，由于信息表达不完整，会对物体形状的判
7、断产生达不完整，会对物体形状的判断产生多义性多义性。图。图示同一线框模型可能产生的几种不同理解。线框示同一线框模型可能产生的几种不同理解。线框造型描述的实体也无法进行消隐、干涉检查和物造型描述的实体也无法进行消隐、干涉检查和物性计算。性计算。第第2 2章章几何建模方法线框建模 2表面建模（曲面建模）通过对物体表面进行描述的建模方法通过对物体表面进行描述的建模方法。第第2 2章章三维线框结构的几何模三维线框结构的几何模型在消隐、着色、特征型在消隐、着色、特征处理等方面存在困难。处理等方面存在困难。航空和汽车制造业航空和汽车制造业光滑曲面光滑曲面Bezier曲线、曲面曲线、曲面B样条曲线样条曲线C
8、oons曲面等曲面等表面建模是由给出的离散数据构造曲面，使曲面通过或逼近这些点，一表面建模是由给出的离散数据构造曲面，使曲面通过或逼近这些点，一般用插值、逼近或拟合算法。可以用于外形要求高的软件中，也可用于般用插值、逼近或拟合算法。可以用于外形要求高的软件中，也可用于多坐标数控编程、计算刀具的运动轨迹等。多坐标数控编程、计算刀具的运动轨迹等。在消隐、着色、特征处理等方面更便捷。在消隐、着色、特征处理等方面更便捷。几何建模方法表面建模过程 第第2 2章章将物体分解成组成物体的表面将物体分解成组成物体的表面(平面或二次曲面平面或二次曲面)、边线和顶点，用顶点、边线和表面的有限集、边线和顶点，用顶点
9、、边线和表面的有限集合来表示和建立物体的计算机内部模型，合来表示和建立物体的计算机内部模型，再将再将这些面拼接成三维模型的外表面。这些面拼接成三维模型的外表面。几何建模方法表面建模 表表面面建建模模方方法法通通常常用用于于构构造造复复杂杂的的曲曲面面物物体体，一一般般可可以以用用多多种种不不同同的的曲曲面面表表达达方方式式造造型型。常用的曲面描述的方法有如下几种常用的曲面描述的方法有如下几种(见图见图)：第第2 2章章1、旋转面：、旋转面：2、线性拉伸面：、线性拉伸面：3、直纹面：、直纹面：4、扫描面：、扫描面：5、网格曲面：、网格曲面：6、拟合曲面：、拟合曲面：7、平面轮廓面：、平面轮廓面：
10、8、二次曲面：、二次曲面：一轮廓曲线绕某一轴线旋转某一角度而生成。一曲线沿某一矢量方向拉伸一段距离。在两曲线间，将参数值相同的点用直线段连接生成。截面发生曲线沿方向控制曲线运动而生成。由一系列曲线构成的曲面。单方向和双方向由一系列有序点拟合而成。由一条封闭的平面曲线所构成。椭圆面、抛物面、双曲面等。表面建模几何建模方法 常用的几种曲面描述方法常用的几种曲面描述方法 第第2 2章章表面建模的发展：表面建模的发展：传统传统曲面表示曲面表示曲面求交曲面求交曲面拼接曲面拼接曲面变形曲面变形曲面重建曲面重建曲面简化曲面简化曲面等距曲面等距表面建模几何建模方法 表面建模表达了零件表面和边界定义的数表面建模
11、表达了零件表面和边界定义的数据信息，有助于对零件进行渲染等处理，有助据信息，有助于对零件进行渲染等处理，有助于系统直接提取有关表面的信息，生成数控加于系统直接提取有关表面的信息，生成数控加工指令，因此，大多数工指令，因此，大多数CAD/CAMCAD/CAM系统中都具备系统中都具备曲面建模的功能。曲面建模的功能。第第2 2章章缺点：缺点：难以进行有限元分析、难以进行物性难以进行有限元分析、难以进行物性计算、不存在各个表面之间相互关系的信息，计算、不存在各个表面之间相互关系的信息，如要同时考虑几个面时，就不能用表面建模。如要同时考虑几个面时，就不能用表面建模。在物体性能计算方面，曲面造型中表面信息
12、的存在有助于对物性方面进行与面积有关的特征计算，同时对于封闭的零件来说，采用扫描等方法也可实现对零件进行与体积等物理性能有关的特征计算。曲面造型事实上是以蒙面的方式构造零件形体的，因此容易在零件造型中漏掉某个甚至某些面的处理，这就是常说的“丢面”。同时，依靠蒙面的方法把零件的各个面贴上去，往往会在两个表面相交处出现缺陷，如重叠或间隙，不能保证零件的造型精度表面建模几何建模方法 现现实实世世界界的的物物体体具具有有三三维维形形状状和和质质量量，因因而而三三维维实实体体造造型型可以更加真实地、完整地、清楚地描述物体。可以更加真实地、完整地、清楚地描述物体。实体建模实体建模(Solid Modeli
13、ng)(Solid Modeling)技术是技术是2020世纪世纪7070年代后期、年代后期、8080年代初期逐渐发展完善并推向市场的。年代初期逐渐发展完善并推向市场的。它在运动学分析、物它在运动学分析、物理特性计算、装配干涉检验、有限元分析方面得到广泛应用。理特性计算、装配干涉检验、有限元分析方面得到广泛应用。它是利用一些它是利用一些基本体素基本体素，如长方体、圆柱体、球体、锥体、，如长方体、圆柱体、球体、锥体、圆环体以及扫描体等通过圆环体以及扫描体等通过布尔运算布尔运算生成复杂形体的一种造型生成复杂形体的一种造型技术。技术。第第2 2章章几何建模方法 3 3实体建模实体建模 实体建模的实体
14、建模的特点特点在于三维实体的表面与其在于三维实体的表面与其实体同时生成。由于它能够定义三维物体的内实体同时生成。由于它能够定义三维物体的内部结构形状，因此能完整地描述物体的部结构形状，因此能完整地描述物体的所有几所有几何信息和拓扑信息何信息和拓扑信息，包括物体的体、面、边和，包括物体的体、面、边和顶点的信息。实体建模还可以实现对可见边的顶点的信息。实体建模还可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能。判断，具有消隐的功能。第第2 2章章实体建模第第2 2章章实体建模方法实体建模方法体素法体素法轮廓扫描法轮廓扫描法（二维平面封闭轮廓（二维平面封闭轮廓在空间平移或旋转）在空间平移或旋转）实体扫描法实体
15、扫描法（刚体在空间运动）（刚体在空间运动）边界表示法（边界表示法（B-REP）实体结构几何法（实体结构几何法（CSG）混合模式（混合模式（B-REP+CSG）数据数据逻辑逻辑结构结构空间单元表示法空间单元表示法实体建模 1)基本体素基本体素 体素是现实生活中真实的三维实体。1、拉伸体2、旋转体3、扫描体4、等厚体5、缝合体6、倒圆体7、倒角体 2)工艺特征形体工艺特征形体包括凸台、凹腔、孔、键槽、螺纹、肋板等。3)拓扑操作拓扑操作对体素进行并、交、差等布尔运算及用曲面片体修剪体素而形成新的实体。第第2 2章章实体建模实体建模包括三方面的内容：实体建模包括三方面的内容：布布尔尔运运算算是是几几何
16、何造造型型技技术术的的基基础础，它它是是来来自自布布尔尔代代数数的的一一种种集集合合运运算算。布布尔尔运运算算可可以以将将体体素素组组合合成成复复杂杂形形体体，即即两两个个物物体体组组合合起起来来，构构造造一一个个新新的的物物体体。利利用用布布尔尔运运算算可可以以方方便便地地构构造造复复杂杂的的几几何何实实体体。因因此此，在在几几何何造型中布尔运算是非常重要的。造型中布尔运算是非常重要的。布布尔尔运运算算包包括括交交(Intersection)(Intersection)、并并(Union)(Union)、差差(Difference(Difference)三三种种运运算算方方式式。图图示示为为
17、以以两两个个三三维维体体素素A A和和B B为例显示布尔运算的定义的。为例显示布尔运算的定义的。(1)(1)交集：交集：C=AB=BAC=AB=BA是形体是形体C C包含所有包含所有A A、B B共同共同的点。交集运算后形成的物体占据两个物体原来所共同的点。交集运算后形成的物体占据两个物体原来所共同占据的空间。占据的空间。第第2 2章章实体建模 (2)并并集集：C=AB=BA是是形形体体C包包含含A与与B的的所所有有点点。并并集集运运算算后后形形成成的的物物体体占占据据两两个个物物体体原原来来所所占占据据空空间间的的全全部部空空间间，类类似似于于机机械械加加工工中中的焊接和装配。的焊接和装配。
18、(3)差集：差集：C=AB(CBA)是形体是形体C包含从包含从A中减去中减去A和和B共同点后的共同点后的其余点。差集运算后形成的物体与两个物体放置的顺序有关，运算后形其余点。差集运算后形成的物体与两个物体放置的顺序有关，运算后形成的物体占据第一个物体的全部空间，但要减去第二个物体所占据的那成的物体占据第一个物体的全部空间，但要减去第二个物体所占据的那部分空间，类似于机械加工中的切削。部分空间，类似于机械加工中的切削。对两个体素进行布尔运算的另一个实例如图对两个体素进行布尔运算的另一个实例如图2.1.11所示。图中有两个体所示。图中有两个体素，其中体素素，其中体素A为一个球体，体素为一个球体，体
19、素B为一个圆柱体；为一个圆柱体；Ca为体素为体素A与体素与体素B的的交集；交集；Cb为体素为体素A与体素与体素B的并集；的并集；Cc为体素为体素A与体素与体素B的差集的差集(Cc=AB)；Cd为体素为体素B与体素与体素A的差集的差集(Cd=BA)。布尔运算实例2 第第2 2章章实体建模体素法实例体素法实例 图示是采用体素法，从定义基本体素到生成实体模型的全过程，通过定义4个基本体素(A、B、C、D)，经过三次交、并、差的布尔运算(E=AB，F=EC，G=FD)，完成三维实体的造型。第第2 2章章实体建模方法：实体建模方法：体素法和扫描法体素法和扫描法实体建模平面轮廓平面轮廓扫描法扫描法 扫描法
20、需要一个称为扫描体素的运动形体和一个指定形体运动的路径。封闭的平面轮廓A沿坐标轴Z移动扫描生成工字梁，封闭的平面轮廓A绕坐标轴X旋转扫描生成轮毂。第第2 2章章实体建模三维整体三维整体扫描法扫描法 第第2 2章章如图所示，三维实体扫描体素A沿不同路径移动、转动、摆动后生成3个不同的三维实体。实体建模 新产品的设计新产品的设计，要经历多次反复修改，进行零件形状和，要经历多次反复修改，进行零件形状和尺寸的综合协调和优化。对于定型产品的设计，需要形成系尺寸的综合协调和优化。对于定型产品的设计，需要形成系列，以便针对生产特点和应用需求提供不同型号规格的产品。列，以便针对生产特点和应用需求提供不同型号规
21、格的产品。这些都需要产品的设计图可以随着某些结构尺寸的修改或规这些都需要产品的设计图可以随着某些结构尺寸的修改或规格系列的变化而自动格系列的变化而自动修改修改。第第2 2章章参数式系统和变量式系统参数式系统和变量式系统软件软件发展发展4、参数式系统和变量式系统、参数式系统和变量式系统第第2 2章章 早期的CAD系统是用固定的尺寸值来定义几何元素的，输入的每一条线都有确定的位置，但不包括产品图形内在的尺寸约束、拓扑约束及工程约束(如应力、性能约束等)。因此，要想修改实体的结构形状，只有重新造型。这不仅要使设计人员投入相当的精力用于重复劳动，而且，这种重复劳动的结果并不能反映设计人员对产品的本质构
22、思和意图。4、参数式系统和变量式系统、参数式系统和变量式系统 参数化造型是先建立图形与尺寸参数之间的约束参数化造型是先建立图形与尺寸参数之间的约束关系，然后关系，然后使用约束来定义和修改几何模型使用约束来定义和修改几何模型。这些尺寸。这些尺寸约束及拓扑约束反映了设计时要考虑的因素。因为实现约束及拓扑约束反映了设计时要考虑的因素。因为实现参数化的一组参数与这些约束保持一定的关系，所以初参数化的一组参数与这些约束保持一定的关系，所以初始设计的实体自然要满足这些约束，而当输入新的参数始设计的实体自然要满足这些约束，而当输入新的参数值时，也将保持这些约束关系并获得一个新的几何模型。值时，也将保持这些约
23、束关系并获得一个新的几何模型。第第2 2章章参数式系统和变量式系统参数式系统参数式系统几何图形随某参数变化而自动变化的现象，称为参数化。几何图形随某参数变化而自动变化的现象，称为参数化。参数化造型尺寸约束如图2.1.15所示，该几何图形由4个边长l1l4和4个夹角14表示，初始状态见图2.1.15(a)。保持4个边长不变，当改变夹角1时，如果仍保持该几何图形的封闭性，那么其所有角度和每条边的位置都将发生变化，变为图2.1.15(b)所示的状态。依次类推，随着夹角的不断变化，该几何图形也不断变化，好像被夹角1所驱动而发生了变化，如图2.1.15(c)所示。第第2 2章章参数化造型尺寸约束示意图参
24、数化造型尺寸约束示意图参数式系统和变量式系统参数化造型尺寸约束和拓扑约束示意图参数化造型尺寸约束和拓扑约束示意图参数化造型尺寸约束和拓扑(几何位置)约束如图2.1.16所示，该几何图形初始状态见图2.1.16(a)，保持边长l1l3的长度、l4的水平位置、l4与l5的垂直关系不变，当改变l4时，为满足上述尺寸和拓扑要求，变为图2.1.16(b)所示的状态。依次类推，随着l4的不断变化，该几何图形也不断变化，好像被l4所驱动而发生了变化，如图2.1.16(c)所示。第第2 2章章参数式系统和变量式系统 参参数数化化造造型型系系统统也也称称为为尺尺寸寸驱驱动动系系统统，它它只只考考虑虑物物体体的的
25、几几何何约约束束(尺尺寸寸约约束束和和拓拓扑扑约约束束)，而而不不考考虑虑工工程程约约束束。当当设设计计对对象象的的结结构构与与形形状状比比较较定定型型时时，可可以以用用一一组组参参数数来来约约定定尺尺寸寸关关系系。参参数数与与设设计计对对象象的的控控制制尺尺寸寸有有明明显显的的对对应应，参参数数的的求求解解较较简简单单，设设计计结结果果的的修修改受到尺寸驱动。改受到尺寸驱动。尺寸驱动的几何模型由几何元素、尺寸约束和拓扑约束三部分尺寸驱动的几何模型由几何元素、尺寸约束和拓扑约束三部分组成。当修改某一尺寸时，系统自动检索该尺寸在尺寸链中的位置，组成。当修改某一尺寸时，系统自动检索该尺寸在尺寸链中
26、的位置，找到它的起始几何元素和终止几何元素，使它们按新尺寸值进行调找到它的起始几何元素和终止几何元素，使它们按新尺寸值进行调整，得到新模型；接着检查所有几何元素是否满足约束，如不满足，整，得到新模型；接着检查所有几何元素是否满足约束，如不满足，则保持拓扑约束不变，按尺寸约束修改几何模型，直至全部满足约则保持拓扑约束不变，按尺寸约束修改几何模型，直至全部满足约束条件为止。束条件为止。第第2 2章章参数式系统和变量式系统 参参数数化化造造型型的的本本质质是是添添加加约约束束和和满满足足约约束束。要要保保证证图图2.1.15中中的的几几何何图图形形封封闭闭，其其8个个尺尺寸寸之之间间必必须须满满足足
27、严严格格的的关关系系。可可以以看看出出，该该几几何何图图形形的的形形状状取取决决于于4个个边边长长l1l4和和夹夹角角1，这这5个个参参数数即即为为该该几几何何图图形形的的一一组组尺尺寸寸约约束束。几几何何图图形形的的形形状状由由此此组组尺尺寸寸约约束束确确定定，改改变变参参数数即即改改变变尺尺寸寸约约束束，几几何何图图形形就就需需要要调调整整形形状状以以便便重重新新满满足足尺尺寸寸约约束束。图图2.1.16中中的的几几何何图图形形在在参参数数变变化化的的过过程程中中，则则必必须须同同时时满满足足尺尺寸寸约约束束及及拓拓扑扑约约束束，直至获得新的直至获得新的形状。形状。第第2 2章章参数式系统
28、和变量式系统 参数化造型技术具有基于特征、参数化造型技术具有基于特征、全尺寸约束全尺寸约束、尺寸驱动几何、尺寸驱动几何形状修改和全数据相关的特点。全尺寸约束指既不能漏注尺寸形状修改和全数据相关的特点。全尺寸约束指既不能漏注尺寸(欠欠约束约束)，又不能多注尺寸，又不能多注尺寸(过约束过约束)；全数据相关指一个参数的修改；全数据相关指一个参数的修改可导致其它相关尺寸全部更新。变量化造型技术是在参数化造型可导致其它相关尺寸全部更新。变量化造型技术是在参数化造型技术的基础上做了进一步修改后提出的设计思想，变量化造型既技术的基础上做了进一步修改后提出的设计思想，变量化造型既保留了参数化造型基于特征、尺寸
29、驱动几何形状修改和全数据相保留了参数化造型基于特征、尺寸驱动几何形状修改和全数据相关的优点，关的优点，又在约束定义方面作了根本性的改变。又在约束定义方面作了根本性的改变。变量化造型将变量化造型将几何约束中的尺寸约束和拓扑约束分开处理，几何约束中的尺寸约束和拓扑约束分开处理，不苛求全约束，并不苛求全约束，并增加了工程约束。增加了工程约束。第第2 2章章参数式系统和变量式系统变量化造型变量化造型 参参数数化化造造型型过过程程类类似似于于工工程程师师读读图图的的过过程程，由由关关键键尺尺寸寸、形形状状尺尺寸寸、定定位位尺尺寸寸直直至至参参考考尺尺寸寸，无无一一遗遗漏漏全全部部看看懂懂(输输入入计计算
30、算机机)后后，形形状状自自然然在在脑脑海海中中(屏屏幕幕上上)形形成成。这这种种对对思思维维的的苛苛刻刻束束缚缚带带来来了了相相当当的的副副作作用用：决决不不允允许许欠欠尺尺寸寸约约束束；零零件件截截面面形形状状复复杂杂时时，满满屏屏幕幕的的尺尺寸寸让让人人无无从从下下手手；只只有有尺尺寸寸驱驱动动一一种种修修改改手手段段，不不知知哪哪个个尺尺寸寸会会朝朝着着令令设设计计者者满满意意的的方方向向发发展展；若若给给出出一一个个极极不不合合理理的的尺尺寸寸参数，发生特征之间的干涉，会引起拓扑关系的改变。参数，发生特征之间的干涉，会引起拓扑关系的改变。在新产品开发初期，设计者对各几何形状的准确尺寸和
31、各几何在新产品开发初期，设计者对各几何形状的准确尺寸和各几何形状之间严格的尺寸定位关系还很难完全确定，自然希望欠约束的形状之间严格的尺寸定位关系还很难完全确定，自然希望欠约束的存在；此外，也很难决定整个零件的尺寸基准及参数控制方式。变存在；此外，也很难决定整个零件的尺寸基准及参数控制方式。变量化造型技术的指导思想就是：设计者可以采用先形状后尺寸的设量化造型技术的指导思想就是：设计者可以采用先形状后尺寸的设计方式，允许采用不完全尺寸约束，只给出必要的设计条件。计方式，允许采用不完全尺寸约束，只给出必要的设计条件。第第2 2章章参数式系统和变量式系统 变量化造型技术可进行任意约束情况下的产品设计，
32、不变量化造型技术可进行任意约束情况下的产品设计，不仅可以实现尺寸驱动，还可以实现约束驱动，即由工程关系仅可以实现尺寸驱动，还可以实现约束驱动，即由工程关系驱动几何形状的改变，比较适合于产品创新设计。驱动几何形状的改变，比较适合于产品创新设计。第第2 2章章参数式系统和变量式系统参数式系统：计算速度快、时间短、要求硬件条件低；变量式系统：要解一些方程组，计算的时间长、速度慢、硬件要求高。2.3 特征建模特征建模 1特征特征建模建模的概念的概念 特征是一种综合概念，它作为产品开发过特征是一种综合概念，它作为产品开发过程中各种信息的载体，除了包含零件的程中各种信息的载体，除了包含零件的几何、几何、拓
33、扑信息拓扑信息外，还包含了设计制造等过程所需要外，还包含了设计制造等过程所需要的一些的一些非几何信息非几何信息。第第2 2章章特征建模 特征建模是一种特征建模是一种建立在实体建模的基础建立在实体建模的基础上，上，利用利用特征特征的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设的概念面向整个产品设计和生产制造过程进行设计的造型方法，它不仅包含与生产有关的信息，而且计的造型方法，它不仅包含与生产有关的信息，而且还能描述这些信息之间的关系。是还能描述这些信息之间的关系。是CADCAD造型方法的一个造型方法的一个里程碑，它是在技术的发展和应用达到一定水平，产里程碑，它是在技术的发展和应用达到一定水平，产品的
34、设计、制造、管理过程的集成化和自动化要求不品的设计、制造、管理过程的集成化和自动化要求不断提高的历史进程中逐渐发展完善起来的。断提高的历史进程中逐渐发展完善起来的。第第2 2章章特征建模物体的被加工孔是圆柱面，而凸台面也是圆柱面，对于同一种几何体素，加工方法不同。为此提出特征建模技术。孔、槽不再表示为圆柱和立方体，而由若干属性来描述。包括制造工序类别、长、宽、直径等。特征的定义特征的定义一个零件的表面上有意义的区域。分分6类：类：通道特征、凹陷特征、凸台特征、过渡特征、域特征和变形特征。广义特征的定义广义特征的定义是产品生命周期内各种特征信息的集合，它包含名义形状、公差、表面处理以及其他制造信
35、息的建模方法等。第第2 2章章特征建模 特征建模技术使产品的设计工作不停留在底层的特征建模技术使产品的设计工作不停留在底层的几何信息基础上，而是依据产品的功能要素，产品设几何信息基础上，而是依据产品的功能要素，产品设计工作在更高的层次上展开，特征的引用直接计工作在更高的层次上展开，特征的引用直接体现设体现设计意图计意图。特征建模技术可以建立在二维或三维平台上，同特征建模技术可以建立在二维或三维平台上，同时针对某些专业应用领域的需要，建立特征库就可实时针对某些专业应用领域的需要，建立特征库就可实现特征造型技术，快速生成需要的形体。现特征造型技术，快速生成需要的形体。特征建模技术有利于推动行业内的
36、产品设计和工特征建模技术有利于推动行业内的产品设计和工艺方法的标准化、系列化和规范化，使得产品在设计艺方法的标准化、系列化和规范化，使得产品在设计时就考虑加工、制造要求，这有利于降低产品的成本。时就考虑加工、制造要求，这有利于降低产品的成本。第第2 2章章特征建模2特征建模的优势特征建模的优势 特征建模技术提供了基于产品、制造环境、特征建模技术提供了基于产品、制造环境、开发者意志等诸方面的综合信息，使产品的设开发者意志等诸方面的综合信息，使产品的设计、分析、工艺准备、加工、检验各部门之间计、分析、工艺准备、加工、检验各部门之间具有了共同语言，可更好地将产品的设计意图具有了共同语言，可更好地将产
37、品的设计意图贯彻到各后续环节，促进智能贯彻到各后续环节，促进智能CADCAD系统和智能制系统和智能制造系统的开发。造系统的开发。特征建模技术着眼于更好、更完整地表特征建模技术着眼于更好、更完整地表达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管达产品全生命周期的技术和生产组织、计划管理等多阶段的信息，着眼于建立理等多阶段的信息，着眼于建立CAD/CAMCAD/CAM系统的系统的集成化产品信息平台。集成化产品信息平台。第第2 2章章特征建模轴类和箱体类零件的特征建模轴类和箱体类零件的特征建模 轴类零件的形状特征 第第2 2章章特征建模典型轴类零件典型轴类零件 第第2 2章章特征建模箱体类零件的形状特征箱
38、体类零件的形状特征 第第2 2章章特征建模典型箱体类零件典型箱体类零件 第第2 2章章特征建模基于特征的实体建模方法基于特征的实体建模方法 基于特征的实体造型过程可以形象地比基于特征的实体造型过程可以形象地比喻为一个由粗到精的泥塑过程，即在一个初喻为一个由粗到精的泥塑过程，即在一个初始泥坯始泥坯(基本特征基本特征)的基础上，通过不断增加的基础上，通过不断增加胶泥材料胶泥材料(增加附加特征增加附加特征)或去除胶泥或去除胶泥(减去附减去附加特征加特征)，逐步获得一个精美的雕塑，逐步获得一个精美的雕塑(三维实三维实体模型体模型)。第第2 2章章特征建模 SolidworksSolidworks软件软
39、件是基于特征的参数化实是基于特征的参数化实体建模设计工具。该软件使用体建模设计工具。该软件使用WindowsWindows图形图形用户界面。利用用户界面。利用SolidworksSolidworks软件可创建三维软件可创建三维实体模型。设计过程中，实体之间可存在约实体模型。设计过程中，实体之间可存在约束关系，也可不存在约束关系。同时，可利束关系，也可不存在约束关系。同时，可利用自动的或用户定义的约束关系来体现设计用自动的或用户定义的约束关系来体现设计意图产，并通过意图产，并通过COSMOSpressCOSMOSpress（有限元分析）（有限元分析）和物理模拟功能对设计方案进行校验。和物理模拟功
40、能对设计方案进行校验。第第2 2章章特征建模 Pro/E中CAM功能模块的名称为Pro/NC。Pro/NC的功能包括：数控分析与编程、NC文档及所需资源(刀具、夹具和机床等)的设置、加工仿真、后处理等，并具有铣削、钻孔、车削、多轴加工、电火花线切割等加工编程能力。CAD中建立的模型是CAM的基础。Pro/NC操作流程 Pro/NC能够生成数控加工的全过程。其操作流程是：首先调用零件的设计模型，获得零件的几何信息；其次建立操作(即加工工艺规程)，定义NC工序，生成刀具轨迹；然后进行刀具轨迹处理，对零件加工轨迹的每个节点进行计算和数学处理，生成刀位数据文件；最后经过相应的后处理，生成数控加工程序，并同时在计算机上动态地显示刀具的加工轨迹图形。其整个过程如图3.6.5所示。