

随着计算机技术和CAD技术的不断发展,CAD技术在家具行业中得到更加广泛的应用和发展,然而,如何实现家具产品的CAD建模,是实现家具CAD最为关键的问题。根据家具产品结构和设计特点,在建立家具CAD系统(FCADS)中,常采用的实体模型有板块拼搭模型、布尔模型、参数化形状表示法、扫描表示法和曲面切割法。
1.板块拼搭模型
板块拼搭是指用一系列的独立板块来组成家具的三维形体。如图1所示,一般柜的形体是由左旁边、右旁边、隔板、搁板、顶板和底板组成。由此可以通过各板块的大小尺寸及空间位置(相互的位置关系)来完成柜的造型。由于柜类家具主要由板块组成,该方法简单、方便,特别适合于板式家具设计,通过它将大大提高产品的设计效率。
2.布尔模型
布尔模型(boolean model)由两个或两个以上较简单的实体经过布尔组合表示的。如果A、B、C分别为三个实体,C=A<OP>B,<OP>代表任一正则化布尔算子,那么A<OP>B就是C的布尔模型。布尔模型有非常简单、紧凑的数据结构。对于较为复杂零部件,其不可能通过简单的实体造型命令实现,它们需通过布尔运算实现其实体造型(图2 相关零件加工易位件孔布尔模型)。
3.参数化形状表示法
参数化形状表示法是CAD设计中较为常用的方法之一。为了促进零件设计和生产标准化,在实现家具产品实体造型时,利用成组技术,将零件按形状的相似性划分成类或族。对这些类或族,可以用几个或一些关键的尺寸加以定义和描述而创造出它们的形状,这种定义和描述方法称之为参数化形状表示法。(图3 拓扑可变的椅子拉角的参数化形状)
验证和使用参数化形状模型或成组工艺模型都很容易。毫无疑问,这些模型都很简单,可是,有用的属体素数目虽然很大,但毕竟有限,这就使得只建立在这种表达方式之上的造型系统是高度专门化的。如果要使得这些造型系统能得到广泛的应用,就需要相当数量的各种类型的属体素。
4.扫描表示法
扫描表示法(Sweep Presentation)是建立在沿某一轨迹移动一个点、一条曲线或一个曲面的想法之上的。由于这个过程所产生的那些点的轨迹定义一维、二维或三维形体。用扫描法构造实体易于理解、易于执行,同时也为开发新方法提供一个富于创造性的领域。对于产体造型来说,需要两个要素,即被移动的形体和移动该形体的轨迹。这个形体可能是一条曲线,一个曲面甚或一个实际,而轨迹是可解析定义的路径。如图4所示。
5.曲面切割
对于复杂零件,若不能通过常规的实体构造方法实现其造型,则需结合曲面切割的方法实现。刀具形状决定切割曲面的形式,它们面向产品制造的建模方法。曲面切割法即是通过所生成的曲面,去切割由其它造型方法所生成的实体而得到切割体。该方法特别适合于零部件的封边、零件雕刻形状的生成等。
综上所述,家具产品特别是实木家具产品,在实体模型构造中,不是一种方法则能实现的,针对产品零部件的特点,可把不同的构造方法结合起来使用,快速实现产品的虚拟造型设计。作者利用上述方法,成功地实现了实木家具的CAD系统。(典型产品实体模型如图5,6所示)