M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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基于特征的CAD/CAM集成是一項在CAD，CAPP和CAM應(yīng)用中實現(xiàn)零件信息自動傳送和轉(zhuǎn)化的技術(shù)。特征是集成中的信息傳輸媒介。由于設(shè)計下游的生產(chǎn)計劃和零件設(shè)計者的角度不同，因此，特征轉(zhuǎn)化和特征提取方法用來以設(shè)計特征模型為基礎(chǔ)創(chuàng)建加工模型。由于特征是相互關(guān)聯(lián)的，因此生成加工特征的難點之一在于如何保存特征的完整性。因此，最新的研究把重心放在平面形式的特征轉(zhuǎn)換上。本文討論了特征相互作用存在的問題，并且提出了一個從設(shè)計特征模型中生成孔系加工特征的方法?？紫堤卣魇菣C床上變速箱零件的重要加工特征。這些特征不能直接從設(shè)計特征數(shù)據(jù)庫中獲得。本文進一步闡述了基于約束的方法來詳細說明孔系特征模型，該模型從設(shè)計數(shù)據(jù)庫提取出來，以幾何學(xué)和拓撲學(xué)信息為基礎(chǔ)。另外，STEP格式文件用來連接已轉(zhuǎn)化了的加工特征模型和下游的CAPP應(yīng)用。特征轉(zhuǎn)化系統(tǒng)在一些零件實例中以及開發(fā)的一個原型CAPP系統(tǒng)上得到了驗證。 關(guān)鍵字 CAD/CAM集成 約束 特征轉(zhuǎn)化 特征相互作用 基礎(chǔ)特征 STEP界面 1. 引言 基于特征的設(shè)計和制造系統(tǒng)在機械零件CAD/CAM系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用?；谔卣鞯腃AD/CAM集成是一項在CAD，CAPP和CAM應(yīng)用中實現(xiàn)零件信息自動傳輸和轉(zhuǎn)化的技術(shù)[1-4]。特征是集成系統(tǒng)中信息傳輸?shù)拿浇?。它包含大量工程信息，幾何學(xué)和非幾何學(xué)，并且將CAD,CAPP和CAM系統(tǒng)有機地聯(lián)系起來。然而，角度不同，對特征的定義也不同。設(shè)計特征是與零件的功能、設(shè)計意圖和模型構(gòu)建方法有關(guān)的形狀特征。加工特征是與特定的加工工序有關(guān)的形狀特征。當(dāng)今的計算機輔助設(shè)計（CAD）系統(tǒng)是基于特征的，如Pro/Engineer?；谔卣鞯脑O(shè)計意味著零件的設(shè)計是從簡單的拉伸或旋轉(zhuǎn)（例如圓柱或長方體）開始的，然后通過把特征，如孔、槽，添加到當(dāng)前設(shè)計的多個表面上來修改它。設(shè)計者詳細說明這些特征的位置、尺寸和方向[5]。根據(jù)下游的加工的應(yīng)用要求，必須通過特征轉(zhuǎn)化和特征提取將設(shè)計特征轉(zhuǎn)為加工特征。特征提取是從基于幾何形狀的設(shè)計模型定義加工特征，而特征轉(zhuǎn)化則是將基于特征的設(shè)計模型轉(zhuǎn)化為加工特征[6-10]。 一組提取的加工特征通常稱為加工特征模型。通常一個零件能用多個加工特征模型來表示。這些特征與零件的不同加工方法相對應(yīng)[6，8，11，12]。在文獻[11，12]中提出了基于單元分解法的加工模型生成方法。通過對所有的面和半空間進行拉伸或求交，將需切除的部分（三角體積單元）分解成很多小的單元。這些單元的子集就被組合到加工特征中。采用這種方法，不斷重復(fù)單元分解直到所有的三角體積單元被分解完。單元分解的結(jié)果是三角體積單元被分解成一組加工特征。改變單元分解的順序可以形成不同的加工特征。Han[8]根據(jù)工藝設(shè)計者的要求提出了一種生成加工特征模型的方法。但是這種方法只能針對平面單元和非圓柱特征，它不能用在如變速器這樣的復(fù)雜的零件中，因為，這些零件的主要的加工特征是同軸孔系[9]。圖1給出了廣州機床廠（GMTMF）機床制造中的兩個典型零件。孔系類型零件的特征轉(zhuǎn)化和特征提取是一種新的，且至今為止未公布的方法。本文著重針對變速箱零件，依據(jù)設(shè)計特征模型研究了生成同軸孔系加工特征的特征映射法。文章第二部分介紹了一種通過特征轉(zhuǎn)化將CAD/CAM集成的方法以及由特征相互作用產(chǎn)生的問題。文章第三部分給出了特征轉(zhuǎn)化中對基本的特征的定義。文章第四部分則介紹了約束關(guān)系和孔系加工特征的描述。在第五部分，給出了孔系加工特征的轉(zhuǎn)化算法并設(shè)計了一個可將CAD和CAPP系統(tǒng)集成的STEP格式文件接口。最后是本文的結(jié)論。 圖1 廣州機床制造廠的零件樣本 2. 特征轉(zhuǎn)換 文中提出了一種從設(shè)計特征模型生成加工特征的基于特征的轉(zhuǎn)化方法。該方法是從加工的角度出發(fā)來定義加工特征的，并且在基于特征的建模和加工特征轉(zhuǎn)化中會提取和保留設(shè)計模型信息。如圖2所示，特征轉(zhuǎn)化中的CAD/CAM集成系統(tǒng)包括一個形狀特征轉(zhuǎn)換模塊，尺寸特征轉(zhuǎn)換以及特征屬性轉(zhuǎn)換。由于設(shè)計特征包括了幾何和屬性并且在建模過程中可能對其原始的設(shè)計特征進行修改，因此，存儲在數(shù)據(jù)庫中的最終零件模型可能與已用的設(shè)計特征不一致。這種不一致性是由于特征的相互作用，它改變了形狀特征和特征屬性。例如，圖3所示的零件中有一個槽特征，該特征來源于型腔特征和槽特征的相互作用。由于這兩個特征的相互作用，最初的槽a1的尺寸是從型腔a通過求交得到的。因此，本特征轉(zhuǎn)化方法包含形式特征映射和尺寸及屬性特征映射。在文獻[13]中詳細介紹了尺寸及屬性特征轉(zhuǎn)換。本文主要介紹了用在機床上的零件的形式特征轉(zhuǎn)換。 設(shè)計特征 CAD系統(tǒng)特征模型 特征摘錄 設(shè)計特征 數(shù)據(jù)庫 特征轉(zhuǎn)換模塊 形狀特征映射 尺寸特征映射 其他映射例如：公差，表面粗糙度等 加工特征 特征映射后置處理 STEP文件 基于特征的零件加工模型 知識庫 加工特征 數(shù)據(jù)庫 CAPP 圖2 CAD/CAM集成系統(tǒng)的原理圖 型腔1 型腔 槽2 槽 圖3 特征相互作用引起設(shè)計特征類和特征屬性的轉(zhuǎn)變： 型腔特征轉(zhuǎn)變成槽特征，以及尺寸的轉(zhuǎn)化 對于機床變速箱零件，它們形狀不規(guī)則，零件的壁很薄，里外都有加強筋。此外，壁和筋上有不同的孔系，從而使得零件結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜。本論文中，變速箱零件是在基于特征的CAD/CAM軟件——Pro/Engineer中建模的。通過對零件模型過程分析可知，零件模型中的設(shè)計特征包括：基準(zhǔn)（平面或軸）、拉伸體，孔，槽，除料和筋特征。這些特征中，建于基準(zhǔn)平面上的拉伸特征是基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，采用了一個除料特征來生成變速箱的腔，用肋特征來生成變速箱的加強筋。對于孔系，可以用不同的方法創(chuàng)建孔特征，例如通孔，沉頭孔。但是，在設(shè)計特征庫中，孔特征中不包括同軸孔，只有許多獨立的沒有聯(lián)系的孔特征，盡管它們由同一個操作生成的。因此設(shè)計模型不能為加工直接提供同軸孔系特征。 轉(zhuǎn)換工作中的難點主要來自以下兩方面：第一.孔特征是相互獨立的，在設(shè)計建模階段，這些孔之間的位置和語義并不是很明確；第二.建模過程中特征的相互作用導(dǎo)致孔特征不是屬性發(fā)生改變，就是丟失設(shè)計中記錄的關(guān)系。目前，基于約束匹配的方法對于平面形狀特征轉(zhuǎn)換[14，15]是有效的。這個方法的核心是把形狀特征分解成幾個基本特征要素，例如面、邊和點，并建立基本特征間的約束關(guān)系，形成約束圖。具體零件的特征可以從匹配圖中得到。但是，這個方法只局限于解決規(guī)則的平面形狀特征轉(zhuǎn)換，不能解決孔系特征轉(zhuǎn)換。本文則著重解決了這個難題。 為了把包括孔系特征的復(fù)雜零件，從設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用到加工領(lǐng)域，首先必須對加工領(lǐng)域中的加工特征的結(jié)構(gòu)作定義。在基于約束的匹配方法和前人對多面體零件平面類形狀特征轉(zhuǎn)換工作[9，16，17]的基礎(chǔ)上，我們在GMTMF中的變速箱零件中提取并定義了一些孔系加工特征。 3. 基本特征定義 為了實現(xiàn)基于約束的孔系特征轉(zhuǎn)換，首先介紹了基礎(chǔ)特征的定義。一個基本特征定義為具有特征幾何和拓撲信息的基本幾何形狀。一個基礎(chǔ)特征能通過數(shù)學(xué)集合來表達： Fb={T.G.C} (1) 其中 Fb代表基本特征， T代表基本特征的拓撲信息， G代表基本特征的幾何信息， C代表基本特征的特性（例如平面方向，輪廓，凸面或凹，邊或點）。 圖4闡明了基本特征類型與機床變速箱零件的孔系特征轉(zhuǎn)換相符合。基礎(chǔ)特征和孔特征有關(guān)可描述如下： 面：由一個或多個輪廓組成。如果面上有一個孔或槽特征，那么面上就有孔和槽的輪廓。 輪廓：面上僅屬于一個面的一個閉環(huán)。輪廓由許多邊組成，可分為內(nèi)輪廓或外輪廓 (見圖5)。內(nèi)輪廓是孔的外曲線。眾所周知，在執(zhí)行輪廓尋找時，面特征總在輪廓的右側(cè)。因此，尋找外輪廓是順時針方向，尋找內(nèi)輪廓是逆時針方向。 基本特征和B-Rep模型中的幾何和拓撲要素之間的主要不同點：基本特征能反映幾何特性，例如幾何特性中的方向和凹凸屬性。 基本特征 面 輪廓 平面 圓柱面 平面和圓柱表面 外輪廓 內(nèi)輪廓 圖4 與孔類特征有關(guān)的基本特征分類 內(nèi)輪廓 外輪廓 圖5 輪廓定義 4. 基于約束的孔系特征描述 4.1 約束關(guān)系描述 基本約束特征是用來組成形狀特征的基礎(chǔ)元素。建立基本特征的約束關(guān)系的目的是： 1. 在較高層對形狀的約束關(guān)系進行描述，以避免從幾何和拓撲信息層進行描述。 2. 解決特征相互作用和孔系特征轉(zhuǎn)化的難題。 與形狀約束特征定義不同的是基本約束特征的定義更靈活?；炯s束特征通常描述了特征類，而不是特定的特征實例。因此，在特征求交時，原始特征中的一個約束會改變，但是只要約束特征類仍然存在，就不會影響到對特征類的正確識別。 根據(jù)基本約束特征[9，14]，孔特征之間的位置關(guān)系能用圓柱面和平面這樣的基本特征的空間約束來描述?？紫导s束的描述如下： 1. 孔環(huán)和平面之間的共面約束（見圖6） a. F是一個平面 b. 孔環(huán)是圓柱孔的端面環(huán) c. 孔環(huán)在一個平面上 2. 孔之間的同軸約束（見圖7） d. ab線是孔1的軸線 e. cd線是孔2的軸線 f. ab線和cd線是共線的 線 面 孔 圖6 共面約束圖表 孔1 孔2 圖7 同軸約束圖 附件2：外文原文