CAD/CAM中造型技术的新动向

江 苏   陈 冠 清    教 授
1993-01-08

        1)采用单一NURBS(非均匀有理B样条)曲面或逐步突出了NURBS曲面；
        2)实体造型逐渐趋向采用精确的曲面实体边界表示；
        3)在统一的环境下处理线框、曲面、实体造型；
        4)越来越多地采用了参数化形状特征造型。
        几何造型，有时也称为几何模型。线框模型、曲面模型和实体模型是用于描述产品几何信息的模型。从构造模型的难易程度看，线框模型管理最为容易；从描述产品的某张或局部几张复杂面的方便程度看，曲面模型最为方便。曲面模型的各种理论和方法是计算机辅助几何设计的主要研究内容。
        在曲面模型的应用研究方面，由曲面模型生成明暗图、生成用球头刀加工曲面的加工轨迹的算法，已为数不少，而且多数已在商品化的曲面模型与加工系统中实际运用。目前这方面的研究，集中于如何设计出高效、可靠、可避免单张曲面自身干涉、多张曲面互相干涉的算法；从模型应用范围的广度看，实体模型应用最广。实体模型的多种表现形式均可用于形体的质量特性计算、干涉检查、生成各种明暗图等等。线框模型、曲面模型和实体模型在不同的场合下各有所长，不存在绝对的谁高谁低的问题，理想的方法是把三者统一起来。统一环境下处理线框模型、曲面模型和实体模型有两方面的含义：
        1)采用统一的数据结构表示线框、曲面、实体模型，对点、边、面、体这些几何元素及它们之间的拓扑关系进行统一管理；
        2)系统不仅要同时具备对线框模型、曲面模型和实体模型单独处理的能力，而且应有广泛处理线框、曲面、实体三者之间相互关系的能力。例如能用一组封闭的线框定义曲面的边界，用一组曲面构成一个实体等等。
        实体造型系统在机械产品的设计与制造中应用一段时间后，人们逐渐感到它有两方面的不足之处：
        (1)在输入方面，实体模型中的基本体素与设计人员熟悉的专业术语相差较远。
        (2)在输出方面，实体模型系统中低层次的几何性质描述，既不反映设计意图，也不反映造型特征。由此，特征概念及其相关方法应运而生。
        特征技术在CAD/CAM中的应用主要有两种方式：
        (1)特征造型，即基于特征技术的几何造型。即造型过程中采用的基本形素本身是一种特征，如孔、肋、凹槽、园角等等。产品的几何模型以一组特征的组合形式体现。   (2)特征识别。特征识别是在现有实体模型的基础上，将其低层次的几何信息描述通过一定的转换和识别方法，提高到各种应用所需的较高层次的描述上，已提出的识别方法有：交互指点识别、比较识别、句法识别、凹凸特征识别、智能识别等等。
        总之，新一代CAD/CAM系统将广泛使用NURBS方法已成定局，在适用于飞机、汽车、船舶、模具的CAD/CAM系统中，采用精确的曲面实体模型已是大势所趋；作为实体造型技术进一步发展的里程碑k特征技术还处于探索阶段；CAD/CAM系统必须具备接收和输出符合国际上产品数据交换标准的数据功能。
        根据我国国情，在CAD/CAM的几何造型技术中，有人主张以成套NURBS方法为基础，统一表示曲面和实体模型。在统一的数据结构下，有机地集成线杠、曲面、实体等三种模型的几何造型，进而开展数控加工轨迹的生成和特征技术的深入研究。这无疑是符合几何造型技术发展规律及我国国情的。
 
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