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1、画法几何与工程制图画法几何与工程制图Descriptive Geometry and Engineering Drawing 河南理工大学机械与动力工程学院School of Mechanical and Power Engineering in Henan Polytechnic University主讲人主讲人：许幸新退出退出三维造型简介三维造型简介(3D Modelling) 基本体基本体三维造型三维造型 组合体组合体三维造型三维造型 三维造型工具简介三维造型工具简介 （SolidWorksSolidWorks 2007）退出退出一、几何造型一、几何造型1. 概念：概念：指用计算机及其图
2、形系统来表示和构造形体的几何形指用计算机及其图形系统来表示和构造形体的几何形状，建立计算机内部模型的过程。几何造型是状，建立计算机内部模型的过程。几何造型是CAD/CAM系统的系统的核心技术，是实现核心技术，是实现CAD/CAM技术集成的基础。技术集成的基础。2.实现过程：实现过程：将物体的形状及其属性（如颜色、纹理等）存储将物体的形状及其属性（如颜色、纹理等）存储在计算机内，形成该物体的三维几何模型。该模型是对原物体在计算机内，形成该物体的三维几何模型。该模型是对原物体的确切的数学描述或是对原物体某种状态的真实模拟。它为各的确切的数学描述或是对原物体某种状态的真实模拟。它为各种不同的后续应用
3、提供信息，已广泛应用于机械产品的设计、种不同的后续应用提供信息，已广泛应用于机械产品的设计、制造、装配和工程分析等机械产品生产的各个领域。制造、装配和工程分析等机械产品生产的各个领域。3. 阶段：阶段：线框模型、表面模型、实体模型。线框模型、表面模型、实体模型。4.4 4.4 基本体三维造型基本体三维造型退出退出（1 1）线框模型：）线框模型：只存储物体点和线的信息，不包括物体面只存储物体点和线的信息，不包括物体面 信息和体信息。信息和体信息。（2 2）表面模型）表面模型：增加面、边的拓扑关系：增加面、边的拓扑关系 ，不包含实体信息，不包含实体信息以及体、面间的拓扑关系，无法进行实体运算。以及
4、体、面间的拓扑关系，无法进行实体运算。 （3 3）实体模型）实体模型：包含较复杂的形体几何信息和拓扑信息。：包含较复杂的形体几何信息和拓扑信息。实体模型的构形方法是用机内存储的体素（实体模型的构形方法是用机内存储的体素（Primitive），），经交、并、差运算构成复杂形体。所谓经交、并、差运算构成复杂形体。所谓体素体素是一些简单的是一些简单的基本几何体，如棱柱、圆柱、圆锥、球等。基本几何体，如棱柱、圆柱、圆锥、球等。 a.并运算并运算 b.差运算差运算 c. 交运算交运算 两圆柱两圆柱交并差交并差运算运算 退出退出二、参数化特征造型二、参数化特征造型1. 概念：概念：以实体造型为基础，用具有
5、一定的设计或加工以实体造型为基础，用具有一定的设计或加工功能的特征作为造型的基本单元建立零部件的几何模型。功能的特征作为造型的基本单元建立零部件的几何模型。参数化技术参数化技术是特征造型的主要特点，参数化是指使用约是特征造型的主要特点，参数化是指使用约束来定义和修改几何模型，约束主要包括束来定义和修改几何模型，约束主要包括尺寸约束、拓尺寸约束、拓扑约束扑约束。2. 特征造型的几个概念特征造型的几个概念1）特征）特征特征特征类型型说 明明几何几何特征特征绘制性特征制性特征反映零件的特定几何形状。通反映零件的特定几何形状。通过绘制平面草制平面草图，再，再按照指定的特征生成方式，由面到体按照指定的特
6、征生成方式，由面到体进行行创建。如建。如拉伸特征、旋拉伸特征、旋转特征、特征、扫描特征、放描特征、放样特征等。特征等。置放性特征置放性特征反映零件的特定几何形状。不必反映零件的特定几何形状。不必绘制草制草图，直接，直接对已建好的特征已建好的特征进行特征添加，如孔、倒角、行特征添加，如孔、倒角、圆角、角、抽壳、筋板等特征。抽壳、筋板等特征。定位特征定位特征用来用来约束几何特征的形状和位置。如工作面、工作束几何特征的形状和位置。如工作面、工作轴、工作点。、工作点。退出退出草图2）草）草图草草图绘制是三制是三维造型的基造型的基础，有了草，有了草图，再按照一定的，再按照一定的特征生成方式（如拉伸、旋特
7、征生成方式（如拉伸、旋转等方式）就可以生成不同等方式）就可以生成不同的的实体，草体，草图一般是二一般是二维平面平面图形，也可以是三形，也可以是三维曲曲线。 (a) 草草图 (b) 拉伸特征拉伸特征草草图及特征及特征退出退出3）草）草图平面平面绘制草制草图，首先，首先应确定确定绘制草制草图的平面，草的平面，草图平面可以是系平面可以是系统默默认的坐的坐标面、面、实体平面、以及借助体平面、以及借助“工作平面工作平面”、“工作工作轴”、“工作点工作点”工具工具创建的平面。建的平面。4）特征生成方式）特征生成方式特征生成方式是从草特征生成方式是从草图到特征的到特征的过程描述，程描述，特征生成方式主要有：
8、特征生成方式主要有：拉伸，拉伸，旋旋转，扫描，描，放放样等。等。特征生成特征生成时，需要，需要进行参数的确定和运算方式的行参数的确定和运算方式的选择。运算方式包括并、差、交，并运算运算方式包括并、差、交，并运算为“填料填料”，差运算，差运算为“除料除料”。 （a）并运算生成）并运算生成圆柱体柱体 （b）差运算生成）差运算生成圆柱孔柱孔并运算和差运算拉伸并运算和差运算拉伸退出退出拉伸特征的创建拉伸特征的创建三、三、 常常见的特征生成方法及基本体造型的特征生成方法及基本体造型退出退出旋转特征的创建旋转特征的创建退出退出放样特征的创建放样特征的创建退出退出扫描特征的创建扫描特征的创建退出退出指定边线
9、指定边线指定边线指定平面倒角倒角倒角抽壳置放性特征的创建置放性特征的创建退出退出草图1轴线草图2四、截切体与相四、截切体与相贯体的造型体的造型 1截切体截切体 可看成基本体与被切去形体的差运算可看成基本体与被切去形体的差运算结果。果。 （a）按回）按回转特征生成半球体特征生成半球体 （b）在）在过球心的平面上球心的平面上绘制草制草图，按差运算方式双向拉伸形成开槽半球体。按差运算方式双向拉伸形成开槽半球体。退出退出草图平面草图1草图22相相贯体体 关关键是确定两相交体素的特征和相是确定两相交体素的特征和相对位置位置。 a. 选择平行与平行与xoy坐坐标面面和球面的平面和球面的平面为草草图平面平面
10、 b. 在草在草图平面上平面上绘制草制草图 c. 按拉伸方式生成特征按拉伸方式生成特征(1)半球与三棱柱相交半球与三棱柱相交 a. 在草在草图平面上平面上绘制草制草图 b. 按并运算拉伸生成特征按并运算拉伸生成特征 c. 按差运算拉伸生成特征按差运算拉伸生成特征(2)半球与半球与圆柱相交柱相交退出退出5.5 5.5 组合体三维造型组合体三维造型1、CSG表示法表示法 三维实体模型的计算机内部表示，其三维实体模型的计算机内部表示，其实质实质是利用正则是利用正则集合运算，即运用并（集合运算，即运用并（）、交（）、交（）、差（）、差（），将复），将复杂形体定义为简单体素的合成。杂形体定义为简单体素的
11、合成。2、组合体的、组合体的CSG表示法表示法 用一棵有序的倒置二叉树来表示组合体的集合构成方式，用一棵有序的倒置二叉树来表示组合体的集合构成方式，二叉树的树根表示组合体（二叉树的树根表示组合体（S），二叉树的树梢对应构成），二叉树的树梢对应构成组合体的体素组合体的体素树梢体素（树梢体素（Si），树杈为归范化布尔运），树杈为归范化布尔运算（交、并、差）运算符号，不同位置树杈的集合构形方算（交、并、差）运算符号，不同位置树杈的集合构形方式对应着不同层次的组合体，较低层次组合体又成为构造式对应着不同层次的组合体，较低层次组合体又成为构造更高层次组合体的体素更高层次组合体的体素 。一、组合体的一、组
12、合体的CSGCSG描述描述退出退出 CSG表示法表示的是构建组合体的一种过程模型，表示法表示的是构建组合体的一种过程模型，同一组合体可以有不同的同一组合体可以有不同的CSG表示法，对应于对同一表示法，对应于对同一个组合体构成的不同理解。个组合体构成的不同理解。 (a) 组合体组合体 (b) 表示法表示法1 ( c) 表示法表示法2组合体的构形过程也可以用一个集合表达式来描述，组合体的构形过程也可以用一个集合表达式来描述，通常称该集合表达式为通常称该集合表达式为组合体构形表达式组合体构形表达式。 表示法表示法1： S=（S1S2）S3 表示法表示法2： S= S2（S1S3）退出退出二、组合体的
13、造型方法二、组合体的造型方法组合体造型的步骤如下：组合体造型的步骤如下：1）形体分析。）形体分析。分析组合体的构型过程，用组合体分析组合体的构型过程，用组合体CSG表示法确定造型顺序，并确定各体素的草图和特征形成方式。表示法确定造型顺序，并确定各体素的草图和特征形成方式。CSG表示可能有多种，不适当的表示可能会产生不正确的造表示可能有多种，不适当的表示可能会产生不正确的造型结果，一般应先并运算后差运算和交运算，确定合理的型结果，一般应先并运算后差运算和交运算，确定合理的CSG表示。表示。2）确定并）确定并构建基特征构建基特征。3）按顺序）按顺序构建各附属特征构建各附属特征。先根据与基特征的相对
14、位置关系，。先根据与基特征的相对位置关系，确定草图平面的位置，再绘制草图，选择适当特征生成方式。确定草图平面的位置，再绘制草图，选择适当特征生成方式。4）添加必要的置放性特征添加必要的置放性特征，完成组合体的造型。，完成组合体的造型。退出退出例例5-13 5-13 完成完成图(a)(a)所示的所示的组合体造型合体造型 S1为基特征，可看作在四棱柱的基基特征，可看作在四棱柱的基础上挖掉上挖掉4个小个小圆柱和四个柱和四个圆角，角，挖掉的挖掉的圆柱体通柱体通过草草图面拉伸面拉伸获得，使用得，使用圆角特征命令，分角特征命令，分别选择各棱各棱线可生成可生成圆角。角。 形体形体2、形体、形体3、形体、形体
15、4为从属特征。形体从属特征。形体2可看作是在大可看作是在大圆柱的基柱的基础上挖掉两个小上挖掉两个小圆柱而形成，挖掉的柱而形成，挖掉的圆柱体按孔特征柱体按孔特征获得，也可通得，也可通过草草图面面按拉伸方法按拉伸方法获得。得。S3和和S4按筋板特征按筋板特征获得，也可通得，也可通过草草图按双向拉伸的方按双向拉伸的方法法获得。得。 退出退出例例5-14 5-14 完成完成图(a)(a)所示的所示的组合体造型合体造型 该立体可看作切割型立体可看作切割型组合体，是由四棱柱体合体，是由四棱柱体S1经过4次切割形成。次切割形成。切下的形体切下的形体2、3、4、5、6五部分，均可在四棱柱五部分，均可在四棱柱S
16、1的基的基础上根据各上根据各自的草自的草图（反映形状特征的平面）用拉伸的方法（反映形状特征的平面）用拉伸的方法获得。得。 S1为基特征，其他形体（或其基特征，其他形体（或其对应的基本体）的基本体）为附属特征，如附属特征，如形体形体5对应的附属特征的附属特征应为在在S1基基础上切下的三棱柱而不是形体上切下的三棱柱而不是形体5本身。本身。 不同的切割不同的切割顺序序对应的的CSG树不同。不同。退出退出SolidWorks是一套优秀的三维机械设计软件，在机械、电是一套优秀的三维机械设计软件，在机械、电子、汽车、航空等行业有着广泛的应用。它从根本上改变了子、汽车、航空等行业有着广泛的应用。它从根本上改
17、变了传统的设计、生产、组织模式，采用非全约束的三维参数化传统的设计、生产、组织模式，采用非全约束的三维参数化实体特征建模技术，其设计过程相关性可在设计过程的任何实体特征建模技术，其设计过程相关性可在设计过程的任何阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变，阶段修改设计，同时牵动相关部分的改变，SolidWorks将将2D绘图与绘图与3D造型技术融为一体造型技术融为一体，具有杰出的机械装配设计和制，具有杰出的机械装配设计和制图性能，可以将零件环境、装配环境中生成的各类零件、装图性能，可以将零件环境、装配环境中生成的各类零件、装配件等实体进行投影，生成二维工程图，极大地方便了机械配件等实体进行投影，生成二维工程图，极大地方便了机械零部件的设计。零部件的设计。 三维造型工具简介（三维造型工具简介（SolidWorksSolidWorks 2007）退出退出退出退出退出退出借助借助SolidWorksSolidWorks制作的习题集中图样的制作的习题集中图样的部分部分实体模型实体模型退出退出返回返回借助借助SolidWorksSolidWorks制作的习题集中图样的制作的习题集中图样的部分部分实体模型实体模型
