实体建模与特征建模技术讲解
第4章特征建模技术
特征技术的目标在于设计与制造的共享，应该说在这个方面，特征技术只建立了一种实 现的基础，要完全自动地将设计模型转换为制造实现的输入还很困难，需要开发相应的程序。
特征技术的运用对于 CAD 软件本身却有另外一番意义，特征作为具有工程背景的几何 单元，它的组合已经超越了传统布尔运算的减加并差，而是延伸为一种特征类型、参数和建 立时序三者共同决定产品形态的高级组合方式。
方法。通过对属性的描述，记录相应的功能信息、制造信息以及特征间的相互关联，其特点 是参数化、尺寸驱动、系统各特征完全关联。
综上所述，特征建模作为集成系统的核心，不仅可以使设计人员以一种全新的设计方法 和设计思想进行产品开发，极大地提高设计效率，同时特征作为产品生命周期中各个阶段的 信息的载体，为整个设计制造中的各个环节提供了统一的产品信息模型，使产品设计、工艺 设计、夹具设计等阶段的信息提取更方便、灵活、一致，避免了信息的重复输入。因此，特 征建模被公认为是实现 CAD/CAPP/CAM 集成化的最有效的途径。
孔类
通孔 不通孔
直孔、锥孔、埋头孔等 盲直孔、盲锥孔、盲螺纹孔等
通槽
T型、V型、燕尾槽、圆弧槽等等
槽类
不通槽
键槽等
产
品 特
下陷类
矩形凹陷、弧形凹陷、环形凹陷等
征
台阶类
矩形台阶、内外圆台阶、斜台阶等
边过渡
倒圆、倒角
图4-2 形状特征的分类
二、特征信息的表达 特征信息包括几何信息和非几何信息。几何信息以显式方式表示，以面为基础，通过关 系型表格记录几何要素的面、环、顶点等信息，为设计中几何数据的直接提取提供方便。非 几何信息是制造中所用的工艺信息，包括表面粗糙度、公差、尺寸精度等，采用隐式的描述
实体建模技术
实体建模技术提示：1．实体零件的后缀名为.prt 。
2．零件名称只能输入英文字母、汉语拼音、阿拉伯数字和一些带下划线的名称等，不能输入汉字和一些特殊字符，如“/、，、。
、？、< >”等。
3．模型模板有英制和公制，英制inlbs_part_solid（默认英制模板，ecad为英制的 ecad模板），表示其长度为英寸（in），质量为磅（ibm），时间为秒（s）；公制 mmns_part_solid，表示其长度为毫米（mm），质量为牛顿（N），时间为秒（s）；一般选择公制单位。
三维产品建模中常用的创建特征方法有基础特征、基准特征、工程特征等。
一、基础特征是最常用的创建特征的方法，包括拉伸、旋转、扫描、混合，是零件建模的根本，也是进一步学习高级特征的基础。
其中，拉伸完成零件的80% 建模工作，15%使用旋转功能，扫描和混合约占5%左右。
1．1零件造型菜单介绍一）零件环境模式进入主菜单文件（File）下拉菜单新建（New）→零件（Part）→Solid 注意：将“缺省”复选框前的“√”去掉，在模板对话框中选择“mmns_part_solid”选项，即选择公制单位。
二）文件格式及文件名要求文件保存成.Prt格式，并且文件名只能是英文字符、数字等组成，不能含汉字，最好以能说明零件用途的字符来命名。
三）零件造型菜单实体建模命令中基础特征主要包括拉伸、旋转、扫描、混合等。
1．2基础特征常用的造型方法介绍三维实体建模的一般流程：进入实体建模环境创建实体特征并进行编辑（一般先绘2D图形、再通过相关命令创建三维实体图形、最后对特征进行编辑，如抽壳/镜像/倒圆角等）。
一）拉伸（Extrude）1．拉伸的特点将封闭的二维截面或剖面图形沿垂直草绘平面方向延伸至指定距离来拉伸成柱体，当截面有内环时，特征将拉伸成孔。
可创建实体、曲面，可填加或移除材料。
2．拉伸特征的创建步骤单击命令→单击“放置”选项→“定义“内部草绘（或在绘图区按右键，选”定义内部草绘“）→草绘对话框中确定“草绘平面”和“参照平面（包括绘图方向和参照方向）。
第四章几何建模与特征建模
第四章几何建模与特征建模几何建模和特征建模是计算机辅助设计（CAD）中的两个重要概念。
几何建模是指使用几何图形来描述和构建物体的过程，而特征建模则是从物体的形式特征出发，对其进行建模和分析。
1.几何建模几何建模是指使用几何图形来表示物体的形状和结构。
在计算机辅助设计中，几何建模技术被广泛应用于三维物体的建模过程中。
几何建模可以通过两种方式进行，即实体建模和表面建模。
实体建模是指通过定义物体的内外部边界，来表示物体的形状和结构。
常用的实体建模方法包括边界表示法、体素表示法和CSG表示法等。
边界表示法通过定义物体的边界曲面来描述物体的形状。
体素表示法将物体划分为一系列小立方体单元，通过定义每个单元的属性来表示物体的形状和结构。
CSG表示法使用一系列基本几何体的组合和运算来表示复杂物体的形状。
表面建模是指通过定义物体的外表面来描述物体的形状和结构。
常用的表面建模方法包括多边形网格表示法、B样条曲面表示法和NURBS表示法等。
多边形网格表示法通过将物体表面划分为小的多边形面片来表示物体的形状。
B样条曲面表示法和NURBS表示法通过定义一系列曲线或曲面的控制点和权重来表示物体的形状和结构。
几何建模的目标是通过使用几何图形来精确地表示物体的形状和结构，以便进行设计和分析。
几何建模技术广泛应用于工程设计、产品设计、电子游戏开发等领域。
2.特征建模特征建模是指通过对物体的形式特征进行建模和分析，来表示物体的形状和结构。
在计算机辅助设计中，特征建模技术被广泛应用于产品设计和加工过程中。
特征是指物体的形式特征，如孔、凸台、凹槽等。
特征建模通过对物体的形式特征进行建模和分析，来描述物体的形状和结构。
特征建模可以分为两个阶段，即特征提取和特征建模。
特征提取是指通过对物体的形状和结构进行分析，提取物体的形式特征。
特征提取方法包括形状识别、特征匹配和几何拓扑等。
形状识别是指通过对物体的形状进行分析，识别物体的形式特征。
特征匹配是指将提取的形式特征与已知特征进行匹配，以确定物体的形状和结构。
UG实体建模
分20秒
15
★ 3.3 扫描特征
拉伸
通过此命令可沿指定方向扫掠曲线、 边、面、草图或曲线特征的 2D 或 3D 部 分一段直线距离，由此来创建体。
选择截面曲 线
布尔求 差
2019年11月28日星期四1时42
分20秒
16
★ 3.3 扫描特征
拉伸——限制
直到下一个
直到选定对象
直到被延伸
贯通
2019年11月28日星期四1时42
分18秒
1
1.1 基本术语
在实体造型中，常用的术语有：
体：分为【实体】和【片体】两大类
片体：一个或多个没有厚度概念的面的集合
实体：形成封闭体积的面和边缘的集合
面：由边缘封闭而成的区域。面可以是实体的表面，也可以
是片体
体素特征：基本的解析形状实体，包括长方体、圆柱、圆锥
和球
特征：具有一定的几何、拓扑信息以及功能和工程语义信息
圆锥
2019年11月28日星期四1时42
分18秒
9
★ 3.1 基本体素特征
球
选定的圆弧
布 尔 求 差
2019年11月28日星期四1时42
分18秒
10
3.2 基准特征
基准特征包括【基准平面】、【基准轴】和【基准坐 标系】。
2019年11月28日星期四1时42
分18秒
11
3.2 基准特征
基准平面
该命令可以用来建立基准平面，作为建模中的辅助工具。
仅用一个体素并且仅用作第一个根特征
2019年11月28日星期四1时42
分18秒
6
★ 3.1基本体素特征
长方体
顶点
高 长
4CADCAM建模技术
4CADCAM建模技术CADCAM建模技术4 CAD/CAM建模技术建模技术建模技术是将现实世界中的物体及其属性转化为计算机内部数字化表达的原理和方法。
CAD/CAM中部数字化表达的原理和方法。
在CAD/CAM中，建模技术是定义产品在计算机内部表示的数字模型、数字信息以及图定义产品在计算机内部表示的数字模型、形信息的工具，是产品信息化的源头，它为产品设计分析、形信息的工具，是产品信息化的源头，它为产品设计分析、工程图生成、数控加工编程与加工仿真、工程图生成、数控加工编程与加工仿真、数字化加工与装配中的碰撞干涉检查、配中的碰撞干涉检查、生产过程管理等提供有关产品的信息描述与表达方法，息描述与表达方法，是实现计算机辅助设计与制造的前提条件，也是实现CAD/CAM一体化的核心内容。
条件，也是实现CAD/CAM 一体化的核心内容。
CAD/CAM一体化的核心内容CADCAM建模技术4 CAD/CAM建模技术建模技术概述线框建模表面建模实体建模特征建模CADCAM建模技术4.1 概述建模的基本概念几何建模与特征建模CAD/CAM建模的基本要求建模的基本要求CADCAM建模技术4.1.1 建模的基本概念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及其相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及其相关的属性。
关的属性。
产品数据模型将设计人员对产品或零部件的设计思想和工程信息以具有一定结构的数字化模型方式存储在计将设计人员对产品或零部件的设计思想和工程信息以具有一定结构的数字化模型方式存储在计算机内部，经过适当转换提供给生产过程各个环节使用的产品模型，称为产品数据模型。
算机内部，并经过适当转换提供给生产过程各个环节使用的产品模型，称为产品数据模型。
模使用的产品模型产品数据模型型一般由数据、数据结构、算法三部分组成。
型一般由数据、数据结构、算法三部分组成。
特征建模ppt课件
(2)邻接联系 反映形状特征之间的相互位置关系，用 CONT(Connect-To)表示。构成邻接联系的形状特征之间的邻 接的状态可共享，例如一根阶梯轴，每相邻两个轴段之间的关 系就是邻接联系，其中每个邻接面的状态可共享。
(3)从属联系 描述形状特征之间的依从或附属关系，用 IST(Is—Subordinate—To)表示。从屈的形状特征依赖于被从 属的形状特征而存在，如倒角附属于圆柱体。
三、形状特征是描述零件或产品的最主要的特征，有必要再详细分类
根据形状特征在构造零件中所起的作用不同，可分为主形状特征(简 称主特征)和辅助形状特征(简称辅特征)两类 。零件形状特征的分 类图
●主特征用来构造零件的基本几何形体。根据其特征形状的复杂 程度，又分为简单主特征和宏特征两类：
① 简单主特征：主要指圆柱体、圆锥体、成形体、长方体、 圆球、球缺等简单的基本几何形体。
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”， 除了包含零件的几何、拓扑信息外，还包含了设计制造等过程所需要 的一些非几何信息。如材料信息、尺寸、形状公差信息、热处理及表 面祖糙度信息和刀具信息等。详述
特征建模是一种建立在实体建模的基础上，利用特征的概念面向整个 产品设计和生产制造过程进行设计的建模方法，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。 特征建模即通过特征及其集合来定义、描述零件模型的过程。特征建 模主要思想： 1)从构型角度来说，不再将抽象的基本本几何体(如圆柱、圆锥、球等) 作为拼合零件的对象，而是选用那些对设计创造有意义的特征形体作 为基本单元拼合成零件，例如槽、凹腔、凸台、孔、壳、壁等特征。
(5)它将推动各行业实践经验的归纳、总结，从中更多提炼 出规律性知识，以此丰富各种领域专家系统的规则库和 知识库，促进智能CAD系统和智能制造系统的逐步实现 。
几何建模方法
它是利用一些基本体素，如长方体、圆柱体、球体、锥体、 圆环体以及扫描体等通过布尔运算生成复杂形体的一种造型 技术。
第2章
4、参数式系统和变量式系统
第2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思和意图。
√ 造型描述的实体也无法进行消隐、干涉检查和物
性计算。
第2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。
第2章
几何建模方法
三维线框结构的几何模 型在消隐、着色、特征 处理等方面存在困难。
航空和汽车制造业
光滑曲面
Bezier曲线、曲面 B样条曲线 Coons曲面等
在物体性能计算方面，曲面造型中表面信息的存在有助于 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。
3．实体建模
第2章
几何建模方法
现实世界的物体具有三维形状和质量，因而三维实体造型可 以更加真实地、完整地、清楚地描述物体。
几何建模方法 表面建模
缺点：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，
√ 如要同时考虑几个面时，就不能用表面建模。
实体建模介绍
实体建模是指从绘制二维草图，创建成三维实体并应用其他特征最后生成所要的零件的过程。
通过基础训练指南，熟悉thinkdesign中的大部分实体建模命令。
需要注意的是，建模不仅仅是对创建零件形状和标注尺寸，更重要的是要表达设计意图。
在本课程中，以三孔摆臂为例介绍建模命令。
我们先绘制草图，然后在此基础特征上应用其它特征来生成零件。
建议在开始本课程前仔细阅读《实体建模的15个规则》这篇文章。
1：绘制草图在零件创建之前对零件进行设计意图分析非常重要。
设计意图的好坏直接影响到在生成零件时所需添加和修改的特征。
因此设计者在此应明确设计意图。
对于如图所示的零件，我们可以利用该零件的对称性仅生成一半零件，然后进行镜像生成另一半以减少工作量，这种设计方法的缺点是需要设计者明确该零件的对称平面。
第二种办法是直接创建该零件的U形实体。
我们先从创建第一个轮廓开始。
首先从原点绘制一条竖直线作为中心线，它将用作轮廓的约束参考。
先不必关心其位置和准确数值，稍后可以通过约束轮廓来确定其尺寸和位置。
•点击新建模型打开新文件，将单位设置为英寸；•点击轮廓标签；•绘制一条垂直的2点线，起始点为工作面原点直线的尺寸可以为任意值，因为它在此只是一条参考线。
当然你也可以将其设置为5 in。
使用作为/取消作为参考命令将该直线转换成参考线。
我们创建开口在下方的U形轮廓。
•S绘制宽1.5in和长7in的轮廓，如下图。
在参考线的另一侧创建一个相似轮廓，长宽任意。
我们使用对称约束使两侧轮廓完全相同。
对参考线两侧的直线使用对称约束，选择参考线左侧直线为第一组，右侧直线为第二组，参考线为中心轴。
使用创建参考命令将下端水平线转换成参考线。
使用固定约束命令为轮廓添加几何约束。
•单击固定约束并选择竖直中线末端添加固定约束；•点击重合约束命令，选择参考线下端端点和水平参考线下端的任一端点添加约束。
接着添加尺寸完成草图约束。
•点击智能尺寸命令；•标注高度为7 in；•标注宽度为3 in ；•最后标注参考线高度；此时轮廓未被完全约束因为中心线的另一个端点未被约束。
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第5章 实体建模与特征建模技术
5.4 复杂零件的实体建模实例 5.4.3 实体造型实例（【例5-2】 ）
第5章 实体建模与特征建模技术
5.4.3 实体造型实例（【例5-2】）
产品特征可分为形状特征、尺寸公差特征和 技术特征等，在此主要讨论与实体造型有密切关 系的形状特征。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.2.1 形状特征的概念
形状特征指的是反映产品零件几何形状特点 的、可按一定原则加以分类的产品描述信息。
将特征引入几何造型系统为的是增加几何实 体的工程意义,为各种工程应用提供更丰富的信息。
第5章 实体建模与特征建模技术
➢本章学习目标：
了解实体建模的概念及常用表示方法 ； 了解特征建模的概念、几何特征的种类及 生成方法 ； 了解参数化设计的概念； 掌握CAXA制造工程师2006 “特征生成栏” 中各项命令的功能和操作方法； 通过本章的学习，逐步建立起灵活、高效 的造型思想和实现方法。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.1.3 构造立体几何法
通过布尔运算(交、并、补)将简单的基本体 素(锥、柱、球、环等)拼合成复杂实体。
图5-4 同一形体的不同CSG结构
第5章 实体建模与特征建模技术
5.1.4 混合模式
在一个建模系统中采用几种不同的表示方法， 即采用两种或两种以上的数据结构形式，以便相 互补充或应用于不同的目的，从而充分发挥各种 表示方法的优势，取长补短。
一般是指设计对象的结构比较定型，可以 用一组参数来约定尺寸关系。
图5-6 参数化示意图
第5章 实体建模与特征建模技术
5.3.2约束概念（见前一页图）
角度α2~α4就是由四条边和角度α1严格确 定的，不能随意取值。显然，四边形的形状取决 于四条边长和一个夹角这5个参数，只要这5个参 数确定了，该四边形的形状就确定了，因此，我 们称这5个参数为封闭四边形的一组尺寸约束。改 变这组尺寸约束，四边形的原有封闭状态就被破 坏了，因此，必须重新调整形状，直到四边形重 新封闭为止。这一过程就是使尺寸约束重新获得 满足的过程，简称为约束满足。
传统的CAD技术都用固定的尺寸值定义几何 元素，所输入的每一个几何元素都有确定的位置， 要修改这些元素很不方便。
参数化设计使产品设计图可以随着某些结构 尺寸的修改而自动生成相关的图形，其主要特点 是：基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸 驱动设计修改。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.2.3 几何特征的种类及生成方法
基本形状特征是表达一个零件总体形状的 特征。可根据二维轮廓生成三维特征，该类特 征主要包括：拉伸、旋转、扫描特征等。
附加形状特征主要包括:孔、轴、倒角、倒 圆、阵列、槽、壳体特征等。
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第5章 实体建模与特征建模技术
5.3 参数化设计技术
不同的领域对特征的理解有所差异，如设计 人员感兴趣的是使用形状特征进行设计，而制造 人员感兴趣的是基于特征的制造，设计特征和制 造特征并不存在着一一对应的关系，而是依赖于 其应用的领域。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.2.2 特征建模过程
将构成零件的特征依次加到形体上，后续特 征依附于前面的特征，前面特征的变化将影响后 续特征的变化。采用“特征树”的方法（又称为 历程树方法），将特征建模的历程一一记录下来。
5.1.1 扫描法
将二维的封闭截面沿给定的轨迹平移或绕 给定的轴线旋转而成的。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.1.2 边界表示法
通过描述形体的边界来表示一个形体。由于 形体的边界是形体与周围环境的分界面，完整地 定义了形体边界，也就唯一地定义了形体本身的。
图5-2 边界表示法的原理
第5章 实体建模与特征建模技术
➢本章学习重点：
掌握CAXA制造工程师2006 “特征工 具”栏中各项命令的功能和操作方法；
通过本章的学习，逐步建立起灵活、 高效的造型思想和实现方法。
第5章 实体建模与特征建模技术
➢本章主要内容：
5.1 实体建模表示方法 5.2 特征建模技术 5.3 参数化设计技术 5.4 复杂零件的实体建模实例
第5章 实体建模与特征建模技术
5.4 复杂零件的实体建模实例
5.4.1 草图绘制
草图是特征生成所依赖的曲线组合。绘制草 图的过程可以分为确定草图基准平面，选择草图 状态，图形的绘制，图形的编辑和草图参数化修 改等五步。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.4 复杂零件的实体建模实例 5.4.2 实体特征
在制造工程师中，提供了四种基本实体特征 工具分别是拉伸增/除料，旋转增/除料，放样增/ 除料，导动增/除料。
第5章 实体建模与特征建模技术
5.4 复杂零件的实体建模实例 5.4.3 实体造型实例（【例5-1】）
第5章 实体建模与特征建模技术
5.4.3 实体造型实例（【例5-1】）
• 分析过程：
(1)形体分析（底板、空心圆台、筋板）；
(2)用适当增/除料方式生成各部分形体（附 属特征后做）。
1)生成底板(根据俯视图作出草图—拉伸增料生成 底板整体—拉伸除料生成内槽)
2)生成空心圆台(以底板内槽上表面为草图基准面 作出R45—带拔模斜度拉伸增料生成圆台—以圆 台的上表面为草图基准面作出φ40—拉伸除料生 成空心圆台)
3)生成筋板(作出斜线草图—生成筋板—拔模)
第5章 实体建模与特征建模技术
5.1 实体建模表示方法
常用的实体造型表示方法有扫描法、边界表 示法、构造立体几何法、混合表示法等。无论那 种方法，都要考虑下述的两个问题：
①表示方法蕴涵信息的完整性，即它是否唯 一地描述了现实生活中的三维物体；
②表示方法能表达形体的覆盖率，即定义形 体范围的大小。
第5章 实体建模与特征建模技术
另外，实体建模的表示方法还有空间 单元表示法、光线投影法等，随着CAD技 术的发展建模表示方法也在不断地发展。
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第5章 实体建模与特征建模技术
5.2 特征建模技术
产品的几何建模不足以提供产品整个生命周 期中所需要的全部信息,这就要求产品的几何模型 向产品模型发展。而特征建模技术是建立产品模 型的一个重要途径。