CADCAM原理与应用.ppt
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1、CAD/CAM原理与应用,第4章 计算机绘图,计算机绘图是CAD/CAM的重要组成部分。它的发展有力地推动了CAD/CAM的研究和发展,为CAD/CAM提供了高效的工具和手段;而CAD/AM的发展又不断提出新的要求和设想,其中包括对计算机绘图的要求因此,CAD/CAM的发展与计算机绘图的发展有着密不可分的关系。随着三维几何建模系统的应用以及CAD/CAM逐步实现真正的集成化,用户可以随时形象地观察三维模型、并通过集成环境直接控制CAM加工设备完成制造过程。因此,计算机绘图的理论和方法具有基础性和普遍意义。,计算机绘图,4.1 概述,1950年,世界上第一台图形显示器“旋风一号”在美国问世;19
2、58年,美国CALCOMP公司制成滚筒式绘图仪;1958年,GERBER公司制成平板式绘图仪;1963年,MIT的I.E.Sutherland开发了人机交互图形系统;1966年,美国Lockheed公司与IBM公司联合开发并推出了著名的CAD/CAM系统“计算机图形增强设计与制造软件包”(CADAM);20世纪70年代之后,图形辅入输出设备迅速发展;80年代,CAD/CAM系统硬件、软件更加成熟;90年代,光栅扫描式大屏幕彩色图象终端、工程扫描仪、静电绘图机;三维实体设计;目前,计算机图形在工程设计、NC编程、工况检测、仿真模拟、制导技术、临床医学、动画制作等领域得到广泛应用。,4.1.1 计
3、算机绘图的含义及作用,含义 利用计算机存贮、生产图形,并在计算机控制下,把过去由人工一笔一画完成的绘图工作由自动绘图机等图形输出设备来完成。特点 计算机绘图不仅可以形象地产生和复制各种类型的图形,还可方便地对图形进行存贮、调用、编辑和修改,并通过绘图机输出。计算机绘图可以大大提高绘图质量和效率,减少人工工作量。计算机绘图在改革传统的工程制图技术方面有其重要的作用。就机械CAD而言,计算机绘图是一个重要的、占据较多工作量的环节。,4.1.2 计算机绘图系统的类型和组成,一个完整的计算机图形系统应当具有由图变“数”和由“数”变图两种功能。由计算机控制绘图机输出图样,实际上是将其中的图形数据转化成几
4、何线条、填充区域、文本字符,这就是由“数”变图;由绘图机自动输出图样,就必须使计算机首先存有图形数据,这就需要向计算机输入图形,即由图变“数”。无形图样:技术人员以计算机为工具边设计、边构思、边绘图,产品结构及投影图隐含在头脑中,工作结束,设计结果就存贮在计算机中;已有图样:要将其输入计算机,或修改或保存管理。该项工作既可以通过人机交互或编程实现,也可以用扫描仪实现。,计算机绘图系统的类型和组成,1.计算机绘图系统的类型 静态自动绘图系统 把要绘制的图形编制成绘图程序,在绘图过程中不允许人工干预和修改,所绘图形若不符合要求,则需手工在图样上改动或修改绘图程序。动态交互式绘图系统 用户通过输入设
5、备实时动态地控制图形,需要在设计过程中进行反复修改、分析、计算,尤其是新产品的设计。,计算机绘图系统的类型和组成,硬件:计算机主机 外存贮器 输入设备 输出设备 软件:图形软件 应用数据库 图形库 应用程序,2计算机绘图系统的组成,轮廓线法、参数化法、图元拼合法、尺寸驱动法、三维实体投影法。1轮廓线法 就是将组成图形的线条逐一绘出,它只取决于线条的端点坐标,不分先后,没有约束。该绘图方法比较简单,适应面也广,但绘图工作量大、效率低,容易出错。工作方式:一是静态绘图 编制程序,成批绘制图线,程序一经确定,所绘图形也就确定了,如要修改图形,只能修改程序;二是交互式绘图 把计算机屏幕当作图板,通过鼠
6、标或键盘点取屏幕菜单,按照人机对话方式生成图形。,4.1.3 计算机绘图方法,计算机绘图方法,2参数化法 首先建立图形与尺寸参数的约束关系,每个可变的尺寸参数用待标变量表示,并赋予一个缺省值。绘图时,修改不同的尺寸参数即可得到不同规格的图样。特点及应用:简单、可靠、绘图速度快。用于建立标准件图库、已定型系列化产品的图形库,不适于约束关系不定、结构可能经常变化的新产品设计。工作方式:程序绘图需将参数代入程序或在程序运行初期输入其中;交互绘图则先将赋有缺省值的参数图以图形文件的形式存入系统,使用时调入,以人机对话的方式逐一改变参数。,计算机绘图方法,3.图元拼合法 将各种常用的、带有某种特定专业含
7、义的图形元素存贮建库,设计绘图时,根据需要调用合适的图形元素加以拼合。特点及应用:图形元素的定义和建库都是针对本单位产品形状特征的,很难建立一个包罗万象的、通用的图元库;可用于新产品的设计和绘制,其效率远远高于轮廓线法。必须以参数化法为基础,每一个图元实际上就是一个小的参数化图形。固定尺寸参数的图形元素在应用中几乎没有实用价值。工作方式:既可以交互方式通过屏幕菜单拾取选项加以拼合,也可以通过在总控程序中选择调用各图元子程序实现操作。,计算机绘图方法,计算机绘图方法,4尺寸驱动法 是一种交互式的变量设计方法。首先按设计者的意图,将草图快速勾画于屏幕之上,然后根据产品结构形状需要,为草图建立尺寸和
8、形位约束,草图受到这种约束的驱动而变得横平竖直起来,尺寸大小也一一对应。特点及应用:甩掉了繁琐的几何坐标点的提取和计算,保留了图形所需的矢量尺寸,绘图质量好、效率高,使设计者不再拘泥于一些绘图细节。先有草图,后加约束,约束可随时增删、修改,拓扑余地大,图形也随时被新的约束关系所驱动;不仅支持新产品的设计,而且支持快速的概念设计。不仅可用于计算机绘图,还可应用于产品的装配设计。,计算机绘图方法,5三维实体投影法 在计算机三维建模环境下进行设计和绘图工作,直接建立产品的三维模型,通过实体投影技术实现三维实体的二维投影,根据需要,作一些必要的修改,补充好尺寸标注、公差及技术要求,即可完成计算机绘图任
9、务。特点及应用:不仅能更直观、更全面地反映设计对象,还能减轻设计师的负担,提高设计质量和效率。由于二维图是三维实体投影而来,二者之间有着一对一的映射关系,因此,对二维图中尺寸变量的修改,能直接反馈到三维实体,使三维实体随之发生改变。,4.2 图形软件,4.2.1 图形软件的类型与功能 1图形软件的类型 根据图形软件的功能和使用情况分为:基本绘图指令软件、图形支撑软件、专用图形软件三类。(1)基本绘图指令软件 常用汇编语言甚至用机器语言编写。通常是一些最基本的绘图指令。如画点、线等。提供的绘图能力较差,必须进行改进和完善才能满足CAD/CAM系统的要求。(2)图形支撑软件 用汇编语言或高级语言编
10、写。除提供基本绘图指令外,还可对图形进行编辑、修改和控制等。功能较强,适用范围广。其工作方式有两种:子程序软件包和交互式绘图软件。,图形软件的类型与功能,2图形软件的功能 作为个图形支撑环境应具有如下基本功能:(1)定义窗口与视见区(2)图形描述(3)图形编辑与变换(4)图形控制(5)图形文件处理(6)交互处理功能,4.2.3 图形软件标准,图形软件标准:是一组通用的、独立于设备的、由标准化组织发布实施的图形系统软件包,它提供图形描述、应用程序和图形输入输出接口等功能。作用:使应用软件系统更易于移植、信息资源更易于共享、CAD/CAM集成更易于实现。,图形软件标准,1图形标准(1)GKS图形核
11、心系统 图形核心系统是国际标准化组织(ISO)于1985年采用,作为国际标准,它是一个为应用程序服务的基本图形系统。它提供了应用程序和一组图形输入、输出设备之间的功能性接口。这是一个二维图形软件标准。(2)PHIGS程序员层次交互图形系统 程序员层次交互图形系统PHIGS是美国计算机图形技术委员会于1986年推出的,后被接受为国际标准。它是为应用程序员提供的控制图形设备的图形软件系统接口及动态修改和绘制显示图形数据的手段。,图形软件标准,2图形和图像编码(1)CGM计算机图形元文件编码 它采用了高效率的图形编码方法,规定了存贮图形数据的格式,由一套与设备无关的用于定义图形的语法和词法元素组成,
12、作为图形数据的中性格式,能适用于不同的图形系统和图形设备。(2)CGI计算机图形接口编码 它描述了通用的抽象图形设备的软件接口,定义了一个虚拟的设备坐标空间、一组图形命令及其参数格式。采用CGI,无论是应用程序还是图形支撑软件均可实现在不同设备配置之间的可移植性。,图形软件标准,3数据交换标准(1)IGES初始图形交换规范 它建立了用于产品定义的数据表示方法与通信信息结构,作用是在不同的CAD/CAM系统间交换产品定义数据。IGES定义了文件结构格式、格式语言以及几何、拓扑及非几何产品定义数据在这些格式中的表示方法,其表示方法是可扩展的,并且独定于几何造型方法。(2)STEP产品模型数据交换标
13、准 它是一套系列标准,其目标是在产品生存周期内为产品数据的表示与通信提供一种中性数字形式,这种数字形式完整地表达产品信息并独立于应用软件,也就是建立统一的产品模型数据描述。包括为进行设计、制造、检验和产品支持等活动而全面定义的产品零部件及其与几何尺寸、性能参数及处理要求等相关的各种属性数据。该标准建立了一个为产品整个生存周期服务的统一的全局信息模型。,图形软件标准,标准数据交换文件工作原理,4.4 交互技术,任何一种计算机的应用过程都可抽象为输入、处理、输出三个逻辑部分,而在CAD/CAM中,这个过程不是单向的一个周期,却是输入、处理、输出,再输入、再处理、再输出这样的反复过程。技术人员将设计
14、构思输入系统,系统对构思加以描述、整理,输出给技术人员;技术人员进行修改、补充后再输入计算机,系统再进行分析、判断,将结果输出;如此循环往复,直到设计满意。这就是所谓人机交互设计的过程。用户界面的优劣常常影响软件的推广和使用效果。为此,软件行业越来越重视用户界面的研究与开发,不断推出一些优秀的交互式图形界面系统。CAD/CAM软件系统的开发也将友好的用户界作为基本需求和要达到的目标之一。,4.4.1 用户界面的类型与设计,用户界面不能简单地理解为人操作计算机时所面对的屏幕显示形式,它隐含着人机交互的状态、表达形式、操作方法等一系列内容。1.用户界面的类型(1)所见即所得型 荧光屏上的显示与最终
15、输出结果一致的界面类型。(2)直接操作型 操作动作与操作目的完全吻合的界面类型。如WINDOWS环境下,将要删除的文件直接拖入垃圾箱。这种情况下,功能命令已不是由通常的菜单选择或键盘输入来执行,而是隐含在对表示符号的直接操作中。,用户界面的类型与设计,(3)图标型 用图形代替文字或数值的界面类型。例如,打印机代表打印命令、问号代表帮助命令、文件箱代表文件管理命令等,这里,图标表示的是一个命令动作。图标型是目前最为流行的界面类型。,用户界面的类型与设计,(4)菜单型 将功能命令按类组织,列于屏幕上,供用户选择的界面类型。使用时,用户不必事先记住所有功能命令,只要掌握菜单结构就可以到相应的菜单相中
16、选取所需的命令,点取该命令,即执行操作。用户记忆负担轻,操作效率高,但当菜单层次过多的情况下,命令索取的效率要大大降低。(5)问答型 按进程进行人机对话应答的界面类型。通常是系统运行到某一阶段需要人干预输入信息或决策选择时在屏幕提示需输入的信息项目,等待用户输入;或显示预制选项,等待用户选择,用户一旦输入符号格式的信息,系统将继续运行,继续回答。这在交互式几何建模系统、CAD/CAM系统用的较多。,用户界面的类型与设计,(6)表格型 将多项问答集中为一个表格,由用户逐项回答、填写的界面类型。多项内容可参照填写,不必担心因忘记了前一项答案使后一项无从填写的尴尬。(7)命令键入型 通过键盘键入指令
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- 关 键 词:
- CADCAM 原理 应用
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