计算机辅助设计(CAD)技术基础

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1、第二章CAD技术基础§2.1CAD系统的组成与分类（1）基本组成CAD/CAM系统硬件系统软件系统计算机外围设备联网设备系统软件支撑软件数据库应用软件（2）硬件要求性能要求较高的图形输入、输出设备；较高的运行速度—CAD软件中大量的复杂的数值计算；足够的外部存储空间---计算过程中大量的图形、图像、技术文件、优化分析结果、图形库、数据库和配套的应用软件；较好的网络性能—设计网络系统的速度、稳定性、安全性等。（3）软件组成操作系统具有下述功能：管理CPU；管理存储器；管理外部设备；管理文件；网络通信功能；其它为用户开发应用软件服务的特定功能。支撑软件主要功能：图形处理；三维产品建模；有限元建模与

2、分析；机构运动分析；数据信息交换；工程数据管理；二次开发工具。数据库把手册和资料中的数表、线图数据事先存放在数据库中，要求具有图形和非图形数据处理的能力。应用软件面向用户（如某一企业、某一类产品或某一个工程），如开目CAD、大恒CAD、华正CAD、圆方CAD、大方CAD。§2.2几何造型技术利用计算机系统描述物体的几何形状，建立产品几何模型的技术。通过这种方法定义、描述的几何实体必须是完整的、唯一的，而且能够从计算机内部的模型上提取该实体生成过程中的全部信息，或者能够通过系统的计算分析自动生成某些信息。（1）几何造型的定义几何信息：物体在空间的形状、尺寸及位置的描述；拓扑信息：构成物体的各个分

3、量的数目及相互之间的连接关系问题：由于客观事物大多是三维的、连续的，而在计算机内部的数据均为一线的、离散的、有限的，因此，在表达与描述三维实体时，怎样对几何实体进行定义，保证其准确、完整和唯一性？将对实体的描述和表达建立在几何信息和拓扑信息处理的基础上。（2）几何造型的主要作用为图形的显示和输出提供信息；为各种应用程序.（如，结构设计、受力分析、成型模拟、图形变换、数控加工等）提供信息。按照对这两方面信息的描述及存贮方法不同，三维几何造型系统可划分线框建模、表面建模和实体建模三种主要类型。（3）几何造型的分类线框造型利用基本线素来定义设计目标的棱线部分而构成的立体构架图。在计算机内部，存贮的是

4、该物体的顶点及棱线信息，将实体的几何信息和拓扑信息层次清楚地记录在顶点表及边表中。V1V4V5V6V7V8V2V3E1E2E3E4E5E6E7E8E12E11E10E9优点：节省存储空间，处理数据快（因数据量少，且结构简单），修改和编辑非常方便。缺点：缺乏表面信息，处理时容易产生二义性；不能自动产生两曲面相交的交线；无法对模型取剖面；计算体积困难。表面造型V1V4V5V6V7V8V2V3E1E2E3E4E5E6E7E8E12E11E10E9F1F2F3F4F5F6基本曲面：能够用初等数学解析式描述的曲面。例如：轨迹曲面由二维曲线在三维空间运动的轨迹所构成的曲面。旋转表面RevolvedSurf

5、ace拉伸表面ExtrudedSurface（路径是直线）扫动曲面SweptSurface截面曲线沿由任意空间曲线代表的路径移动而构成的曲面。路径可以有多条（如6,7），截面曲线也可以有多条（如1～5）。蒙皮曲面覆盖在一组线条上的曲面称为蒙皮Skin。规则表面RuledSurface由两条互不相交的空间曲线扩展而成的规则表面。平坦表面PlanarSurface由封闭的二维线框构成的表面。其它曲面如：孔斯（Coons）曲面、Bezier曲面、B样条曲面、非均匀有理样条(NURBS)曲面等。优点：可以描述各种各样的面（如，平面、二次曲面和自由曲面等）；便于曲面求交线和进行几何体的消隐处理，能够为C

6、AM提供加工信息。缺点：对面存在于物体的哪一侧定义不明确；无法判断建立的物体是实心体还是壳体，难以对表面模型进行物性分析。实体造型线框建模和表面建模在完整、准确地表达实体形状方面各有其局限性，要想唯一地构造实体的模型，还需采用实体建模的方法。实体建模的原理实体建模的标志，是在计算机内部以实体描述客观事物。利用这样的系统，一方面可以提供实体完整的信息，另一方面，可以实现对可见边的判断，具有消隐的功能。实体建模是通过定义基本体素，利用体素的集合运算或基本变形操作实现的，其特点在于覆盖三维立体的表面与其实体同时生成，由于实体建模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所有几何信息，是

7、当前普遍采用的建模方法。特征造型技术传统造型的不足：只含物体的几何信息和拓扑信息。特征造型：优点：除几何信息和拓扑信息外，还包含能反映物体特点（属性）的非几何信息等，如：尺寸公差、工艺（表面）处理、制造信息。特征造型系统的功能要求（1）参数化设计功能（2）基于特征设计思想（3）采用通用数据交换标准右图零件的特征描述：型腔板模板矩形槽直通孔材料、热处理、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度等尺寸精度、形位