三维参数化造型及设计

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1、三维参数化造型及设计特征技术应用与零件设计 特征技术应用与零件设计一、特征技术的应用 特征技术具有鲜明的工程性和层次性，加上参 特征技术具有鲜明的工程性和层次性，加上参 数化技术的支持，可以方便地编辑模型，在产 数化技术的支持，可以方便地编辑模型，在产 品模型的控制和更改方面提供了广泛的潜力。 品模型的控制和更改方面提供了广泛的潜力。 但是特征技术强大的控制能力利用得好，可以 但是特征技术强大的控制能力利用得好，可以 使模型维护与更改方便。而运用不当，缺乏良 使模型维护与更改方便。而运用不当，缺乏良 好规划的特征关系会使设计中点滴之处的微小 好规划的特征关系会使设计中点滴之处的微小 修改导致整

2、个模型意想不到的结果。 修改导致整个模型意想不到的结果。 了解特征的层次性和时序性，在特征的各层次 了解特征的层次性和时序性，在特征的各层次 之间合理规划建模的策略，逐步完成实体模型 之间合理规划建模的策略，逐步完成实体模型 的建立。特征造型的优势并非造型的速度，而 的建立。特征造型的优势并非造型的速度，而 是通过对特征关系的调整迅速完成模型的调整。 是通过对特征关系的调整迅速完成模型的调整。 1 1 1 1 1 1 1 1 、基于特征的 、基于特征的 CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD 系统的建模层次 系统的建模层次 如下图所示，基于特征的产品造型分为四个层 如下

3、图所示，基于特征的产品造型分为四个层 次 次 : : : : : : : : 草图、特征、零件和产品。其中特征是三 草图、特征、零件和产品。其中特征是三 维造型的基本单元。 维造型的基本单元。 图 图基于特征的产品造型 基于特征的产品造型 草图 特征 零件 产品 构建参数 特征关系 时序关系 父子关系 装配关系 草图提供生成特征的基本信息，如拉伸特征的 草图提供生成特征的基本信息，如拉伸特征的 截面等，草图中存在着几何约束与尺寸约束。 截面等，草图中存在着几何约束与尺寸约束。 从草图生成特征需要追加特征构建参数，如拉 从草图生成特征需要追加特征构建参数，如拉 伸特征中的深度等。 伸特征中的深度

4、等。 在特征层次中，特征之间的关系十分复杂，既 在特征层次中，特征之间的关系十分复杂，既 包括类似于草图中的尺寸约束和几何约束，还 包括类似于草图中的尺寸约束和几何约束，还 有特征之间的父子关系和时序关系。 有特征之间的父子关系和时序关系。 一系列的特征经过组合、剪裁、阵列、镜向等 一系列的特征经过组合、剪裁、阵列、镜向等 操作形成零件模型，零件模型中需要体现设计 操作形成零件模型，零件模型中需要体现设计 意图，反映产品的基本特性。 意图，反映产品的基本特性。 零件按照装配要求生成产品的整体模型， 零件按照装配要求生成产品的整体模型， CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD C

5、AD 软件不仅支持静态装配，还可以演示产品中零 软件不仅支持静态装配，还可以演示产品中零 件的相互运动关系。在产品总体层次体现设计 件的相互运动关系。在产品总体层次体现设计 意图，如产品中零件的相互空间位置等。 意图，如产品中零件的相互空间位置等。 2 2 2 2 2 2 2 2 、特征关系的类别和影响 、特征关系的类别和影响 在特征之间有如下几种关系：几何与 在特征之间有如下几种关系：几何与 尺寸关系、拓扑关系和时序关系。 尺寸关系、拓扑关系和时序关系。 特征之间的几何和尺寸关系主要在特 特征之间的几何和尺寸关系主要在特 征草图中设定，几何关系包括特征草 征草图中设定，几何关系包括特征草 图

6、实体之间的相切、等距等几何关联 图实体之间的相切、等距等几何关联 方式。尺寸关系设定特征草图实体之 方式。尺寸关系设定特征草图实体之 间的距离和角度关联。 间的距离和角度关联。 拓扑关系指的是几何实体在空间中的相互位 拓扑关系指的是几何实体在空间中的相互位 置关系。例如孔对于实体模型的贯穿关系， 置关系。例如孔对于实体模型的贯穿关系， 面之间的相切或者等距关系等。对于特征而 面之间的相切或者等距关系等。对于特征而 言，拓扑关系主要体现在特征定义的终止条 言，拓扑关系主要体现在特征定义的终止条 件中，如完全贯穿、到离指定面指定的距离 件中，如完全贯穿、到离指定面指定的距离 等终止条件方式决定了特

7、征之间的拓扑关系。 等终止条件方式决定了特征之间的拓扑关系。 这种拓扑关系不会因为特征草图尺寸的变化 这种拓扑关系不会因为特征草图尺寸的变化 而发生改变。 而发生改变。 特征建立时序是特征技术的重要特点，对于 特征建立时序是特征技术的重要特点，对于 特征技术而言，由于特征关系的问题，使得 特征技术而言，由于特征关系的问题，使得 特征建立的次序成为重要因素。首先后期的 特征建立的次序成为重要因素。首先后期的 特征需要借用前面特征的有关要素，例如定 特征需要借用前面特征的有关要素，例如定 义草图时借用己有特征的轮廓建立几何和尺 义草图时借用己有特征的轮廓建立几何和尺 寸关系等。其次，特征的拓扑关系

8、是在已有 寸关系等。其次，特征的拓扑关系是在已有 特征的环境下设定的，而不会影响到其后的 特征的环境下设定的，而不会影响到其后的 特征。 特征。 3 3 3 3 3 3 3 3 、父特征与子特征，父子关系 、父特征与子特征，父子关系 如果一个特征的建立参照了其他特征的元素， 如果一个特征的建立参照了其他特征的元素， 则被参照特征成为该特征的父特征，而该特征 则被参照特征成为该特征的父特征，而该特征 称为父特征的子特征。父特征与子特征之间形 称为父特征的子特征。父特征与子特征之间形 成父子关系，在 成父子关系，在 SolidWorks SolidWorks SolidWorks SolidWor

9、ks SolidWorks SolidWorks SolidWorks SolidWorks 的帮助文件中这样 的帮助文件中这样 解释父子关系： 解释父子关系： 当某些特征生成于其他特征之上时，则以前 当某些特征生成于其他特征之上时，则以前 生成特征的存在决定了它们的存在。此新的特 生成特征的存在决定了它们的存在。此新的特 征称为子特征。例如，一个实体上有一个孔， 征称为子特征。例如，一个实体上有一个孔， 孔便是这个实体的子特征。 孔便是这个实体的子特征。 父特征是其他特征所依赖的现有特征。例 父特征是其他特征所依赖的现有特征。例 如，凸台是其边线圆角特征的父特征。 如，凸台是其边线圆角特征的

10、父特征。 父子关系的这种解释方法重点放在了特征的建 父子关系的这种解释方法重点放在了特征的建 立次序方面，实际上并没有包含父子关系的所 立次序方面，实际上并没有包含父子关系的所 有方面。这里将父子特征关系区分为如下几种 有方面。这里将父子特征关系区分为如下几种 类型： 类型： 基准关系、几何与尺寸关系、拓扑关系、派 基准关系、几何与尺寸关系、拓扑关系、派 生关系、数学关系 生关系、数学关系 在特征管理树中，子特征肯定位于父特征之 在特征管理树中，子特征肯定位于父特征之 后，不要试图将子特征移动到父特征之前。 后，不要试图将子特征移动到父特征之前。 删除父特征会同时删除子特征，而删除子特征 删除

11、父特征会同时删除子特征，而删除子特征 不会影响父特征。 不会影响父特征。 表 父子关系的类型 4 4 4 4 4 4 4 4 、特征技术应用的关键 、特征技术应用的关键 设计的控制是产品设计中的关键问题，三维 设计的控制是产品设计中的关键问题，三维 设计不仅在效率和造型方法方面改变了传统 设计不仅在效率和造型方法方面改变了传统 手工设计的基本方法，更为主要的是三维产 手工设计的基本方法，更为主要的是三维产 品设计由于应用特征技术、数据一致性和设 品设计由于应用特征技术、数据一致性和设 计信息的全局化应用等特点，导致其控制的 计信息的全局化应用等特点，导致其控制的 重要性远远大于造型本身。打个形

12、象的比 重要性远远大于造型本身。打个形象的比 方，在传统的手工设计阶段，我们采用的是 方，在传统的手工设计阶段，我们采用的是 效率低下的图板，虽然速度缓慢但是安全， 效率低下的图板，虽然速度缓慢但是安全， 设计图纸中的错误可以采用同等的工作量去 设计图纸中的错误可以采用同等的工作量去 进行修正。 进行修正。 而在利用基于特征技术的 而在利用基于特征技术的 CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD CAD 系统时，虽然 系统时，虽然 可以方便地利用其中的父子关系、变更参数 可以方便地利用其中的父子关系、变更参数 等高效率的建模方法，但是如果在特征关系 等高效率的建模方法，但是如果在

13、特征关系 处理上方法失策，就会为后续的工作积累无 处理上方法失策，就会为后续的工作积累无 穷的隐患，因此要深入了解各种特征技术的 穷的隐患，因此要深入了解各种特征技术的 功能和应用场合，努力做到设计意图与产品 功能和应用场合，努力做到设计意图与产品 造型方法选择的一致性。如果没有做到这 造型方法选择的一致性。如果没有做到这 点，修正模型需要花费巨大的工作量去理清 点，修正模型需要花费巨大的工作量去理清 几何模型中的各种关系，甚至重新来过。所 几何模型中的各种关系，甚至重新来过。所 以了解并掌握特征关系是使用三维 以了解并掌握特征关系是使用三维 CAD CAD CAD CAD CAD CAD C

14、AD CAD 软件 软件 的终极目标之一。 的终极目标之一。 5 5 5 5 5 5 5 5 、特征建模的一些基本规则 、特征建模的一些基本规则 在特征造型中，由于层次性和建模时序的交 在特征造型中，由于层次性和建模时序的交 织，不同的建模方式不仅在速度上有所差 织，不同的建模方式不仅在速度上有所差 异，更会影响到后续的模型维护与修改等方 异，更会影响到后续的模型维护与修改等方 面。 面。 特征建模中需要遵循的几种基本的原则： 特征建模中需要遵循的几种基本的原则： 合理规划关系出现的层次，定义关系所处 合理规划关系出现的层次，定义关系所处 的层次需注意：比较固定的关系封装在较低 的层次需注意：

15、比较固定的关系封装在较低 层次，需要经常调整的关系放在较高层次。 层次，需要经常调整的关系放在较高层次。 先建立构成零件基本形态的主要特征和较 先建立构成零件基本形态的主要特征和较 大尺度的特征，然后再添加辅助的圆角、倒 大尺度的特征，然后再添加辅助的圆角、倒 角等辅助特征。 角等辅助特征。 先确立特征的几何形状，然后再确定特征 先确立特征的几何形状，然后再确定特征 尺寸，在必要的情况下添加特征之间的尺寸 尺寸，在必要的情况下添加特征之间的尺寸 和几何关系。 和几何关系。二、零件设计的基本步骤和原则 1 1 1 1 1 1 1 1 、零件设计的地位和基本任务 、零件设计的地位和基本任务 零件设

16、计是产品设计的基本组成部分，就企 零件设计是产品设计的基本组成部分，就企 业而言，零件设计的功能包括如下几个方面： 业而言，零件设计的功能包括如下几个方面： 结构设计：将产品决策阶段的产品功能实 结构设计：将产品决策阶段的产品功能实 现方案转换为具体的结构实现。确定产品各 现方案转换为具体的结构实现。确定产品各 部分的几何形状和精确尺寸。 部分的几何形状和精确尺寸。 工程属性定义：按照产品的运动要求、材 工程属性定义：按照产品的运动要求、材 料的力学属性等指定产品的工程属性，如运 料的力学属性等指定产品的工程属性，如运 动配合与静态配合的公差，零件金属材料的 动配合与静态配合的公差，零件金属材料的 选用和热处理方式等。 选用和热处理方式等。