《CAD CAM 技术 第２版 教学课件 ppt 作者 宁汝新 赵汝嘉 主编_ 第三章和第四章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《CAD CAM 技术 第２版 教学课件 ppt 作者 宁汝新 赵汝嘉 主编_ 第三章和第四章（135页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章,第一节 概 述 第二节 计算机辅助设计过程分析 第三节 计算机辅助概念设计 第四节 参数化与模块化设计 第五节 产品设计的可视化技术,第一节 概 述,所谓设计，是设计者根据生产和生活的需要，通过思维、规则、分析和决策过程，最终把设想变为现实的技术方案。可见，设计是创造性的劳动，设计的本质是创新，设计过程是创造性思维过程，设计的目的就是要寻求满足用户需求的最佳方案。,第二节 计算机辅助设计过程分析,一、设计过程及阶段划分 二、设计类型及计算机应用,一、设计过程及阶段划分,1.任务规划阶段 2.概念设计阶段 3.结构设计阶段 4.详细设计阶段 5.定型生产阶段,1.任务规划阶段,任务规划阶
2、段要进行需求分析、市场预测、可行性分析，根据企业内部的发展目标、现有设备能力及科研成果等，确定设计参数及约束条件，最后明确详细的设计要求作为设计、评价和决策的依据，制定产品设计任务书。,2.概念设计阶段,图3-1 产品设计过程示意图,3.结构设计阶段,该阶段要将功能原理方案具体化为产品结构草图，以便进一步进行技术、经济分析、修改薄弱环节。这阶段的主要工作包括零部件布局排列、运动副设计、人机环的关系以及零部件选材、结构尺寸等，再进行总体优化、计算，确定产品装配草图。,4.详细设计阶段,详细设计是在上述装配草图的基础上，进行部件、零件的分解设计、优化计算等工作，通过模型试验检查产品的功能和零部件的
3、性能，并加以改进，完成全部生产图样，进行工艺设计，编制工艺规程文件等有关技术文件。,5.定型生产阶段,通过用户试用、设计定型，进行生产规划，投入生产制造。,二、设计类型及计算机应用,(1)新设计 这是一种从无到有的创新性设计，或者从概念设计、功能设计开始，或者重新排列组合现有的、或新的零部件来达到设计目的。 (2)适应性设计 其特点是保持总体布局不变，修改个别零部件的功能或形状以适应质和量方面的附加要求。 (3)参数化设计 其特点是功能、布局、零件的几何拓扑关系均保持不变，仅改变零件的尺寸参数，产生系列化的设计结果。,第三节 计算机辅助概念设计,一、产品概念设计内涵 二、概念设计的过程模型 三
4、、计算机辅助概念设计的关键技术 四、基于知识的产品创新设计 五、产品概念设计中的美学设计,一、产品概念设计内涵,“在确定任务之后，通过抽象化，拟定功能结构，寻求适当的作用原理及其组合等，确定出基本求解途径，得出求解方案，这一部分设计工作叫做概念设计。”,二、概念设计的过程模型,图3-4 设计自由度与开发成本的关系,三、计算机辅助概念设计的关键技术,1.原理方案设计技术 2.概念设计建模技术 3.设计创新技术 4.并行和协同概念设计技术,1.原理方案设计技术,原理方案设计是概念设计过程的第一步，原理方案的创新是实现产品创新的关键。当前，计算机辅助原理方案设计的研究，主要体现在基于设计目标的原理方
5、案求解和基于知识的原理方案设计专家系统等方法与技术。,2.概念设计建模技术,近年来，许多学者从工程设计方法学中概念设计的定位出发，提出层次概念模型、基于广义特征的概念模型、工程设计概念模型、基于功率键图的概念设计等概念设计建模方法与技术；并从产品设计学的角度，将概念产品设计过程视为一个特征的演化过程，提出以支持变量特征和概念设计为标志的各类产品模型，如基于特征关联语义的模型、基于变动特征的模型、信息基因模型、生成型特征设计模型等建模方法。,3.设计创新技术,在产品创新过程中，设计师的思维、经验，以及领域知识起着相当重要的作用，因而许多学者从人工智能角度出发，进行产品创新设计的研究。目前主要体现
6、在基于知识的创新设计智能模型、基于多层推理机制的创新概念设计模型以及概念设计过程中的智能支持技术。,4.并行和协同概念设计技术,主要研究：一是产品功能、原理、布局、形状等方面之间的并行设计和协同设计机制，一些学者从并行工程的角度，对并行环境下的设计过程和设计策略以及面向并行工程的设计建模技术进行了深入探讨；二是考虑制造、成本等其它因素的并行设计技术；三是概念设计中不同或相同领域的设计师之间的协同设计技术，如分析协同设计过程中的各种角色和信息共享，提出工程设计与工业设计的协同工作模型，同时分析了协同设计中人的作用。,四、基于知识的产品创新设计,1.知识处理 2.产品设计分类与创新的关系 3.基于
7、功能分解与重组的创新设计方法,1.知识处理,(1)知识表达 知识表达最公共的形式是框架、规则、事例和元模型。 (2)知识获取 知识获取包括自动获取和人工获取。 (3)推理机制 推理机制是与知识表示方式相对应的，因此相应的有产生式规则推理机、框架推理机、面向对象的推理机、方法推理机和元推理机等。,2.产品设计分类与创新的关系,表3-1 产品设计分类与创新的关系,3.基于功能分解与重组的创新设计方法,对某一产品而言，功能是其效能、用途和作用。如车床的功能是将毛坯加工成零件，水杯的功能是盛装液体等。对于泛指的产品而言，功能被抽象为其输入和输出量之间的因果关系。,五、产品概念设计中的美学设计,图3-7
8、 概念摩托车,五、产品概念设计中的美学设计,图3-8 悍马H3T概念车的内部结构,第四节 参数化与模块化设计,一、参数化与模块化设计概念 二、参数化、变量化设计的实现方法,一、参数化与模块化设计概念,1.参数化和变量化设计的基本概念 2.模块化设计的基本概念,1.参数化和变量化设计的基本概念,早期的CAD系统，其设计结果仅仅实现了用计算机及其外围设备出图，就产品图形而言，不过是几何图素(点、线、圆、弧等)的拼接，是产品的可视形状，并不包含产品图形内在的拓扑关系和尺寸约束。因此，当需要改变图形中哪怕任一微小的部分，都要擦除重画。,2.模块化设计的基本概念,图3-9 加工中心的模块化设计实例,二、
9、参数化、变量化设计的实现方法,(一)参数化设计的实现方法 (二)变量化设计的实现原理 (一)模块化设计方法的分类 (二)模块化设计过程 (三)模块化设计的关键,(一)参数化设计的实现方法,图3-10 轴,(一)参数化设计的实现方法,图3-11 轴的参数化定义,(一)参数化设计的实现方法,图3-12 连杆参数化定义,(一)参数化设计的实现方法,图3-13 几何和拓扑排列参数化,(二)变量化设计的实现原理,图3-14 二维尺寸轮廓特征点,(二)变量化设计的实现原理,图3-15 二维图形的变量化约束,(二)变量化设计的实现原理,图3-16 新产品模块化设计过程,(一)模块化设计方法的分类,图3-17
10、 变型产品模块化设计过程,(一)模块化设计方法的分类,图3-18 现有产品的模块化改造设计过程,(二)模块化设计过程,不同的模块化设计类型，其设计过程也不同。新产品的模块化设计不仅要满足用户对产品的功能要求，而且在零部件物理结构及功能界定上都要相对独立，又互相关联，符合模块化设计要求。,(三)模块化设计的关键,3Z19.tif,图3-19 工具铣床纵系列模块化设计实例 a)外形图 b)纵系列模块化设计 1滑枕式铣头(机械变速18级) 2传动联接箱 3加高铣头座 4滑枕式铣头(直流电机变速16级) 5转塔座 6斜置转塔 7铣头套筒进给箱 8立铣头(用于铣头1) 9立铣头(用于铣头4) 10床身(
11、三种规格) 11横梁和滑座(三种规格) 12回转升降台 13固定升降台 14固定升降工作台 15水平转台 16横向工作台 17、18纵向工作台,(三)模块化设计的关键,图3-20 分级模块化结构系统的概念 1部件 2分部件 3元件 4分元件,第五节 产品设计的可视化技术,一、图形生成技术与算法 二、图形变换技术 三、真实感图形显示技术,一、图形生成技术与算法,1.基于图形设备的基本图形元素的生成算法 2.自由曲线和曲线的生成 3.图形元素的求交以及集合运算 4.不同字体中、西文的点阵表示及矢量字符的生成,二、图形变换技术,(一)窗、视变换 (二)图形几何变换的基本原理 (三)二维图形的几何变换
12、 (四)三维图形的几何变换,(一)窗、视变换,图3-21 窗视变换示意图,(二)图形几何变换的基本原理,在CAD/CAM系统中，几何图形是最基本的元素之一。就图形而言，它可以是二维平面图形，也可以是三维空间图形；可以是简单图形，也可以是复杂图形。但任何一个图形都可以认为是点之间的连线及其拓扑关系构成的。,(三)二维图形的几何变换,图3-22 二维图形变换,(三)二维图形的几何变换,表3-3 二维图形典型变换及其变换矩阵,(三)二维图形的几何变换,表3-3 二维图形典型变换及其变换矩阵,(三)二维图形的几何变换,图3-23 以点(5，3)为中心旋转60,(四)三维图形的几何变换,表3-4 三维图
13、形典型变换及其变换矩阵,(四)三维图形的几何变换,表3-4 三维图形典型变换及其变换矩阵,(四)三维图形的几何变换,表3-4 三维图形典型变换及其变换矩阵,(四)三维图形的几何变换,表3-4 三维图形典型变换及其变换矩阵,(四)三维图形的几何变换,表3-5 基本投影变换,三、真实感图形显示技术,1.虚拟现实基本概念 2.虚拟现实的技术特征 3.虚拟现实系统的关键技术 4.虚拟现实技术的应用,三、真实感图形显示技术,图3-24 三维立体模型,三、真实感图形显示技术,图3-25 三视图变换过程,2.透视图,图3-26 单位立方体的一点透视和二点透视 a)单位立方体 b)一点透视 c)二点透视,2.
14、透视图,图3-27 两个立方体的相互遮挡关系,3.消隐技术,图3-28 均由两个光源照射的古铜花瓶 a)由古铜色塑料制成 b)由金属制成,5.阴影,图3-29 阴影,5.阴影,图3-30 精密机床刚度有限元分析结果,5.阴影,图3-31 内燃机整机结构声辐射计算结果,5.阴影,图3-32 地球气象云图,1.虚拟现实基本概念,是指利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟环境，并在环境中结合不同的输入、输出设备与虚拟物体进行交互操作。在此环境中，操作者可感受立体视觉，声觉、触觉等，就象身临其境一样。其中交互式实时三维图形的真实感是其基本功能。它除需要前述各种图形处理技术和算法外，还必须具备高性能的三维
15、图形处理硬件。,2.虚拟现实的技术特征,图3-33 数据手套,2.虚拟现实的技术特征,图3-34 头盔显示器,3.虚拟现实系统的关键技术,(1)环境建模技术 是应用计算机技术生成虚拟世界的基础，亦是虚拟现实技术的核心内容。 (2)跟踪技术 包括空间跟踪技术、声音跟踪技术和视觉跟踪与视点感应技术等。 (3)虚物实化感知技术 是指确保用户从虚拟环境中获取同真实环境中一样或相似的视觉、听觉、力觉和触觉等感官认知的关键技术。,4.虚拟现实技术的应用,图3-35 汽车虚拟设计,4.虚拟现实技术的应用,图3-36 虚拟风洞,4.虚拟现实技术的应用,图3-37 虚拟结构,第四章,第一节 基 本 概 念 第二
16、节 几何建模技术 第三节 特征建模技术 第四节 集成产品数据模型及数据交换接口,第一节 基 本 概 念,一、计算机内部表示及产品建模技术 二、产品建模方法及发展,一、计算机内部表示及产品建模技术,计算机内部表示及产品建模技术是CAD/CAM系统的核心技术，也是计算机能够辅助人类从事设计、制造活动的根本原因。所谓计算机内部表示就是决定在计算机内部采用什么样的数字化模型来描述、存储和表达现实世界中的物体。在传统的机械设计与制造中，技术人员是通过工程图样来表达和传递设计思想及工程信息的，这就是最原始的“产品数据模型”。,二、产品建模方法及发展,图4-1 建模过程,二、产品建模方法及发展,图4-2 物体表示的二义性,二、产品建模方法及发展,图4-3 平面立体几何分量间 可能存在的九种拓扑关系,第二节 几何建模技术,一、几何建模系统分类 二、三维几何建模技术 三、三维实体模型的计算机内部表示法,一、几何建模系统分类,1.二维几何建模系统 2.三维几何建模系统,1.二维几何建模系统,计算机内部模型可以是二维的，也可以是三维的，这主要取决于应用场合和目
