1.1 參數(shù)化造型簡介

CAD三維造型技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了線框造型、曲面造型、實體造型、參數(shù)化實體造型以及變量化造型幾個階段。

最初的是線框造型技術(shù)，即由點、線集合方法構(gòu)成的線框式系統(tǒng)，這種方法符合人們的思維習(xí)慣，很多復(fù)雜的產(chǎn)品往往僅用線條勾畫出基本輪廓，然后逐步細(xì)化。這種造型方式數(shù)據(jù)存儲量小，操作靈活，響應(yīng)速度快，但是由于線框的形狀只能用棱線表示，只能表達(dá)基本的幾何信息，因此在使用中有很大的局限性。圖1-1所示是利用線框造型做出的模型。

1．曲面造型

20世紀(jì)70年代，在飛機(jī)和汽車制造行業(yè)中需要進(jìn)行大量的復(fù)雜曲面的設(shè)計，如飛機(jī)的機(jī)翼和汽車的外形曲面設(shè)計，由于當(dāng)時只能夠采用多截面視圖和特征緯線的方法來進(jìn)行近似設(shè)計，因此設(shè)計出來的產(chǎn)品和設(shè)計者最初的構(gòu)想往往存在很大的差別。法國人在此時提出了貝賽爾算法，人們開始使用計算機(jī)進(jìn)行曲面設(shè)計，法國的達(dá)索飛機(jī)公司首先進(jìn)入了第一個三維曲面造型系統(tǒng)【CATIA】，這是CAD發(fā)展歷史上一次重要的革新，CAD技術(shù)從此有了質(zhì)的飛躍。

2．實體造型

曲面造型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，當(dāng)想表達(dá)實體的其他物理信息（如質(zhì)量、重心、慣性矩等信息）的時候，曲面造型技術(shù)就無能為力了。如果對實體模型進(jìn)行各種分析和仿真，則模型的物理特征是不可缺少的。在這一趨勢下，SDRC公司于1979年發(fā)布了第一個完全基于實體造型技術(shù)的大型【CAD/CAE】軟件——【I-DESA】。實體造型技術(shù)完全能夠表達(dá)實體模型的全部屬性，給設(shè)計以及模型的分析和仿真打開方便之門。

3．參數(shù)化實體造型

線框造型、曲面造型和實體造型技術(shù)都屬于無約束自由造型技術(shù)，進(jìn)入20世紀(jì)80年代中期，CV公司內(nèi)部提出了一種比無約束自由造型更新穎、更好的算法——參數(shù)化實體造型方法。從算法上來說，這是一種很好的設(shè)想。它主要的特點是：基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。

（1）基于特征。指在參數(shù)化造型環(huán)境中，零件是由特征組成的，所以參數(shù)化造型也可成為基于特征的造型。參數(shù)化造型系統(tǒng)可把零件的結(jié)構(gòu)特征十分直觀地表達(dá)出來，因為零件本身就是特征的集合。圖1-2是用Autodesk公司的Inventor軟件作的零件圖，左邊是零件的瀏覽器，顯示這個零件的所有特征。瀏覽器中的特征是按照特征的生成順序排列的，最先生成的特征排在瀏覽器的最上面，這樣模型的構(gòu)建過程就會一目了然。

（2）全尺寸約束。指特征的屬性全部通過尺寸來進(jìn)行定義。比如在Inventor軟件中進(jìn)行打孔，需要確定孔的直徑和深度；如果孔的底部為錐形，則需要確定錐角的大小；如果是螺紋孔，則還需要指定螺紋的類型、公稱尺寸、螺距等相關(guān)參數(shù)。如果將特征的所有尺寸都設(shè)定完畢，則特征就可成功生成，并且以后可任意地進(jìn)行修改。

（3）全數(shù)據(jù)相關(guān)。指模型的數(shù)據(jù)（如尺寸數(shù)據(jù)等）不是獨立的，而是具有一定的關(guān)系。舉例說設(shè)計一個長方體，要求其長（length）、寬（width）和高（height）的比例是一定的（如1∶2∶3），這樣長方體的形狀就是一定的，尺寸的變化僅僅意味著其大小的改變。那么在設(shè)計的時候，可將其長度設(shè)置為L，將其寬度設(shè)置為2L，高度設(shè)置為3L。這樣，如果以后對長方體的尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，則改變其長度參數(shù)就可以了。如果分別設(shè)置長方體的三個尺寸參數(shù)，則以后在修改設(shè)計尺寸的時候，工作量就增加了3倍。

（4）尺寸驅(qū)動設(shè)計修改。指在修改模型特征的時候，由于特征是尺寸驅(qū)動的，所以可針對需要修改的特征，確定需要修改的尺寸或者關(guān)聯(lián)的尺寸。在某些【CAD】軟件中，零件圖的尺寸和工程圖的尺寸是關(guān)聯(lián)的，改變零件圖的尺寸，工程圖中對應(yīng)的尺寸會自動修改，一些軟件甚至支持從工程圖中對零件進(jìn)行修改，也就是說修改工程圖中的某個尺寸，則零件圖中對應(yīng)特征會自動更新為修改過的尺寸。