（機(jī)械電子工程專業(yè)論文）ug環(huán)境下基于xml的制造特征建模系統(tǒng).pdf

u g 環(huán)境下基于x m l 的制造特征建模系統(tǒng) 學(xué)科 機(jī)械電子工程 研究生簽字 可碧秈 指導(dǎo)教師簽字 愀 摘要 特征建模技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展要求 建立一個(gè)共享的零件特征模型是 c a d c a p p c 舢 集成系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一 特征建模系統(tǒng)能提供后續(xù)c a m 系統(tǒng)所需的 零件幾何信息和工藝信息 實(shí)現(xiàn)各個(gè)c a x 系統(tǒng)之間的信息共享與交換 一個(gè)完整的產(chǎn)品信息模型不僅應(yīng)具備產(chǎn)品的幾何拓?fù)湫畔⒍疫€應(yīng)具備面向制造的 加工和工藝信息 由于特征模型在表達(dá)零件的形狀結(jié)構(gòu)以及制造特性上具有優(yōu)越性 使 c a d c a p p c a m 等系統(tǒng)共享統(tǒng)一的產(chǎn)品模型成為可能 本文介紹特征的概念和分類以及基于特征的零件信息模型的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造方法 然后分 析了實(shí)現(xiàn)c a d c a m 集成的方法一一特征建模技術(shù) 在分析特征建模技術(shù)的基礎(chǔ)上 提 出以一種交互式特征建模方法 以特征建模作為c a d c a p p 集成的基礎(chǔ) 構(gòu)建了基于特征的集成化零件品信息模型 根據(jù)系統(tǒng)集成對(duì)于信息的需求 從特征定義 特征分類 特征關(guān)系 特征表達(dá)等方面對(duì)于 軸類零件特征進(jìn)行了深入的研究 在此基礎(chǔ)上構(gòu)建特征信息模型 在以上研究的基礎(chǔ)上 在u g 平臺(tái)上利用u g 的二次開發(fā)接口u g o p e nm e n u s c r i p t u g o p e nu i s t y l e r u g 0 1 e n a p i 和v c 抖6 0 開發(fā)了相應(yīng)的軸類零件的特征建模模塊 針對(duì)c a p p 的需求 所開發(fā)的軸類零件特征建模模塊將工藝信息補(bǔ)充到設(shè)計(jì)特征信 息中 生成相應(yīng)的工藝特征信息 并以x m l 文件的形式輸出到c a p p 系統(tǒng)中 最后給出 了相關(guān)的實(shí)例 關(guān)鍵詞 c a d c a p p u g 特征建模 特征識(shí)別 x m l m a n u f a c t u r i n gf e a t u r em o d e l i n g s y s t e mb a s e d o nx m li nu g d i s c i p l i n e m e c h a n i c a la n de l e c t r o n i c s t u d e n ts i g n a t u r e s u p e r v i s o rs i g n a t u r e 岣紡卜 jf 函凱 a b s t r a c t f e a t u r em o d e l i n gt e c h n o l o g yi st h er e q u i r e m e n to fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y a m t d e v e l o p m e n t i ti so n eo ft h ek e yt e c h n o l o g i e so fc a d c a p p c a mi n t e g r a t e ds y s t e m t ob u i l das h a r e dp a r tf e a t u r em o d e l af e a t u r em o d e l i n gs y s t e mc a l lp r o v i d en o to n l yt h e g e o m e t r yi n f o r m a t i o no fap a r t b u ta l s ot h ep r o c e s s i n gi n f o r m a t i o no ft h ep a r t w h i c hi sn e e d e d b yt h el a t t e rc a ms y s t e m t or e a l i z ei n f o r m a t i o ns h a r ea n de x c h a n g eb e t w e e nc a xs y s t e m s a ni n t e g r a t e di n f o r m a t i o nm o d e lo fap r o d u c ts h o u l di n c l u d en o to n l yt h ei n f o r m a t i o no fa p r o d u c t sg e o m e t r ya n dt o p o l o g y b u ta l s oi t sm a c h i n i n gp r o c e d u r ea n dp r o c e s s i n gi n f o r m a t i o n af e a t u r em o d e lh a st h es u p e r i o r i t yi ni n f o r m a t i o nd e s c r i p t i o no fp a r ts h a p e s t r u c t u r ea n d m a n u f a c t u r ec h a r a c t e r i s t i c s f e a t u r em o d e l i n gm a k e si tp o s s i b l et os h a r ea nu n i f i e dp r o d u c t m o d e l i nt h ep a p e r f e a t u r ec o n c e p t f e a t u r ec l a s s i f i c a t i o n m o d e ls t r u c t u r ea n dm o d e l i n gm e t h o d b a s e d0 1 1f e a t u r e sa r ei n 仃o d u c e d t h e n t h em o d e l i n gt e c h n o l o g yb a s e do nf e a t u r e si sa n a l y z e d a n dt h e n a ni n t e r a c t i v ef e a t u r em o d e l i n gm e t h o di sp r e s e n t e d u s i n gf e a t u r em o d e l i n g 弱t h eb a s i sf o rt h ei n t e g r a t i o no fc a d c a p p a ni n t e g r a t e dp a r t i n f o r m a t i o nm o d e lb a s e d0 1 1f e a t u r e si sb u i l t a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fi n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n f e a t u r ed e f i n i t i o n c l a s s i f i c a t i o n r e l a t i o n s h i p r e p r e s e n t a t i o na n d s oo no fs h a rp a r t s a r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y t h e n af e a t u r ei n f o r m a t i o nm o d e li sp r o p o s e d a n dt h e n af e a t u r e m o d e l i n gm o d u l ei sd e v e l o p e df o rs h a f tp a r t su s i n gu g o p e nm e n u s c r i p t u g o p e nu s t y l e r u g o p c na p ia n dv c 6 0 a c c o r d i n gt ot h er e q u k e m e n to fc a p p t h em o d u l ed e v e l o p e d 啪s u p p l yt h ep r o c e s s i n g i n f o r m a t i o nt og e n e r a t et h ec o r r e s p o n d i n gm a n u f a c t u r i n gf e a t u r em o d e lt h a tc a nb eo u t p u ti n x m lf i l ef o r m a ti n t oac a p p s y s t e m f i n a l l y t h em o d u l ed e v e l o p e di st e s t e db ye x a m p l e s k e yw o r d s c a d c a p p u g f e a t u r em o d e l i n g f e a t u r er e c o g n i t i o n 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定 即 研究生在校攻讀學(xué)位期間 學(xué)位論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué) 本人保證畢業(yè)離校后 使用學(xué)位論文工作成 果或用學(xué)位論文工作成果發(fā)表論文時(shí)署名單位仍然為西安工業(yè)大學(xué) 學(xué)校有權(quán)保留送 提 交的學(xué)位論文 并對(duì)學(xué)位論文進(jìn)行二次文獻(xiàn)加工供其他讀者查閱和借閱 學(xué)?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò) 上公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容 可以采用影印 縮印或其他復(fù)制手段保存學(xué)位論文 保密的學(xué)位論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定 學(xué)位論文作者簽名 碧本色 指導(dǎo)教師簽名 日期 們邛年 月 p 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師 指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果 盡我所知 除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地 方外 學(xué)位論文中不包含其他入已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果 不包含本人已申請(qǐng)學(xué)位或他人 已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過的成果 與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已 在論文中作了明確的說明并表示了致謝 學(xué)位論文與資料若有不實(shí)之處 本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 學(xué)位論文作者簽名 弓甥概 指導(dǎo)教師躲幟 b 期 矽 年了硅 e 6 7 1 緒論 l 緒論 c a d 技術(shù) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) c o m p u t e r a i d e d d e s i g n 是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工 具 用各自的專業(yè)知識(shí) 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計(jì) 繪圖 分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的 總稱 近年來 隨著c a d 技術(shù)在各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用 已經(jīng)呈現(xiàn)出了許多新的特點(diǎn) c a d 技術(shù)由二維向三維發(fā)展是近幾年來該技術(shù)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì) 三維c a d 的主要技術(shù)特征是 實(shí)體造型理論和幾何建模方法 我國目前所應(yīng)用的c a d 軟件系統(tǒng)有以下幾種 a u t o c a d 及m d t p r o e n g i n e e r 和u n i g r a p h i c s 等等 目前 機(jī)械行業(yè)所應(yīng)用于設(shè)計(jì)的c a d 軟件 只是對(duì)零件的幾何形體進(jìn)行建模 而與 制造過程中所必須的一些制造信息 包括特征 制造信息和零件信息等 卻沒有描述 這 些信息的不完整性使人們無法將這些設(shè)計(jì)信息直接應(yīng)用于制造 美國e d s 公司開發(fā)的 c a d c a m c a e 一體化的高端軟件u n i g r a p h i c s 簡稱u g 它涵蓋設(shè)計(jì) 分析 加工 產(chǎn) 品數(shù)據(jù)和過程管理等各種功能 也具有特征建模的功能乜1 該模塊用工程定義設(shè)計(jì)信息 提供了多種標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)特征 包括孔 槽 型腔 圓臺(tái) 柱體 塊體 錐體 球體 軟管 邊倒圓和邊圓角以及抽殼操作建立薄壁件等特征信息 1 1 課題的背景來源和意義 i i i 課題的背景 利用u g 等三維軟件所建立起來的特征拓?fù)湫畔⑹敲嫦蛟O(shè)計(jì)的 c a m 系統(tǒng)無法對(duì)這些 信息進(jìn)行識(shí)別 例如利用u g 軟件建立的凸臺(tái) 只是零件的一部分形體特征 它包含幾個(gè) 加工面 每個(gè)加工面的尺寸精度和表面精度等并沒有表達(dá)出來 這些信息是直接與制造相 關(guān)決定后序的工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)必不可少的 1 那么如何解決幾何建模中存在的信息不完備性和低層次抽象性這個(gè)問題呢 筆者認(rèn) 為建立基于特征建模 f e a t u r em o d e l l i n g 的c a d 系統(tǒng)能夠從根本上解決 因?yàn)檫@種模型傳遞 的信息是特征 它符合人們思維的高層次工程描述信息 并反映設(shè)計(jì)和制造意圖 為c a d c a m 信息的真正集成提供了重要保障畸1 特征建模的研究工作最早開始于7 0 年代中期的 英國劍橋大學(xué)c a d 中心 該中一6 1 拘g(shù) r a y e r 在1 9 7 5 年首次嘗試從零件的實(shí)體模型中自動(dòng)提取 出對(duì)計(jì)算零件的數(shù)控加工刀具軌跡有意義的幾何形狀 如型腔 并基于如此的特征進(jìn)行零 件的刀具軌跡計(jì)算 該中心的另一位研究人員k y p r i a n o u 則在他的博士論文中首次正式 引入了現(xiàn)有的特征識(shí)別思想 從而奠定了基于邊界表示進(jìn)行特征識(shí)別的基礎(chǔ) 從此以后 特征識(shí)別技術(shù)以及特征的概念受到了學(xué)術(shù)界以及工業(yè)界的普遍重視 研究工作廣泛展開 新的特征識(shí)別方法不斷出現(xiàn) 特征識(shí)別的范圍也從開始的加工特征擴(kuò)展到檢測(cè)特征 分析 特征等許多方面 兩安下業(yè)大學(xué)碩 學(xué)位論文 1 1 2 課題的目的 自從特征技術(shù)產(chǎn)生以來 就一直是國內(nèi)外研究學(xué)者的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn) 這是因?yàn)?1 特征提取在特征技術(shù)中占據(jù)著非常重要的地位 尤其是在c a p p c a m 應(yīng)用中 特征提 取是不可或缺的第一步 2 一些特征如相交特征和復(fù)雜特征的識(shí)別目前還沒有得到很好 的解決 由于特征包含豐富的工程語義 所以特征建模技術(shù)是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造集成的一種行之有 效的方法 制造特征模型描述了全面的零件特征信息 c a p p 系統(tǒng)根據(jù)零件特征得出相應(yīng) 的工藝方法 并且根據(jù)材料 精度和粗糙度等工藝信息 c a p p 系統(tǒng)按照相應(yīng)的工藝要求 得出相應(yīng)的加工工藝 特征模型在特征的定位和特征之間的聯(lián)結(jié)關(guān)系方面做了準(zhǔn)確的描 述 使c a p p 系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)部推理 將各特征的工藝排序 最終得到完整的工藝路線文件 1 1 3 課題的意義 c a d c a m 的集成是當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者研究一個(gè)熱點(diǎn) 由于設(shè)計(jì)和制造過程的復(fù)雜性 目前還沒有一種有效的方法能徹底解決產(chǎn)品設(shè)計(jì) 制造和生產(chǎn)管理等生命周期內(nèi)各個(gè)階段 的信息集成問題 基于特征的集成方法以其高效率 無二義性以及能夠大大簡化c a p p 的 邏輯決策等特點(diǎn)而被國內(nèi)外學(xué)者所接受 研究特征建模技術(shù) 進(jìn)行零件幾何建模和特征建 模得并行設(shè)計(jì) 使傳統(tǒng)的三維幾何模型具有完整的工藝信息屬性 包括尺寸精度 表面精 度和形位精度等 使零件的模型信息可直接應(yīng)用于后續(xù)的c a p p 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程中 直接生成具有可行性的工藝文件 解決c a d c a m 集成的瓶頸問題 是c 1 m s 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 的基礎(chǔ) 特征建模技術(shù)是c a d c a m 發(fā)展的新里程碑 它的出現(xiàn)和發(fā)展為解決 c a d c a p p c a m 集成提供了新的理論基礎(chǔ)和方法晦1 1 2 本文的主要內(nèi)容和重點(diǎn) 1 2 1 本文得主要內(nèi)容 建立零件的特征模型要求采用合理可行的特征建模方法 描述出詳細(xì)完整具有層次性 的工藝信息 并且特征模型與幾何模型要緊密地結(jié)合 輸出可用的工藝信息文件 這就需 要在以下幾個(gè)方面研究h 1 l 特征建模的方法和過程 目前主要有特征自動(dòng)識(shí)別 基于特征的設(shè)計(jì)和交互式特 征建模三種特征建模技術(shù) 將構(gòu)造幾何模型的點(diǎn)線面有機(jī)結(jié)合 形成特征信息 2 制造 特征分類 必須以加工為基礎(chǔ) 特征直接反映加工種類 使加工工序數(shù)據(jù)庫的建立較容易 實(shí)現(xiàn) 3 特征模型的描述 零件完整的制造信息包括特征信息 零件信息 精度信息 材料信息和管理信息等 將制造信息分層描述表達(dá)清楚 使之更好的應(yīng)用與c a p p 系統(tǒng)中 4 基于x m l 的特征描述 x m l e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 可擴(kuò)展標(biāo)記語言 用以創(chuàng)建 可相互轉(zhuǎn)換的結(jié)構(gòu)化文本文檔和數(shù)據(jù)文檔 它是一種元標(biāo)記語言 它允許開發(fā)者根據(jù)自已 2 1 緒論 的需要定義自己的元素 以這種方式描述特征信息模型 便于c a d c a p p c a m 系統(tǒng)讀取 數(shù)據(jù)哺1 5 基于v c 的u g 系統(tǒng)二次開發(fā)陋1 1 1 u g 軟件提供良好的二次開發(fā)環(huán)境 用戶可 以通過二次開發(fā)接口u g o p e n 對(duì)u g 軟件進(jìn)行開發(fā) 擴(kuò)充使之更方便 更高效地滿足于用 戶的特定需求 主要應(yīng)用u g o p e n 的以下幾個(gè)功能模塊 u g o p e nm e n u s c r i p t 開發(fā)工具 對(duì)u g 軟件操作界面進(jìn)行用戶化開發(fā) 無須編程即可對(duì)u g 標(biāo)準(zhǔn)菜單進(jìn)行添加 重組 剪裁 或在u g 軟件中集成用戶自己開發(fā)的軟件功能 u g o p e nu i s t y l e 開發(fā)工具是一個(gè)可視化編 輯器 用于創(chuàng)建類似u g 的交互界面 利用該工具 用戶可為u g o p e n 應(yīng)用程序開發(fā)獨(dú)立 于硬件平臺(tái)的交互界面n 2 鍆 1 2 2 本文的重點(diǎn) 1 特征建模技術(shù) 特征建模技術(shù)是構(gòu)成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助工藝計(jì)劃 c a d c a p p 之間的理想 接口 直接影響工作的效率和c a d c a p p c a m 的集成 目前主要有以下幾種特征建模方 法 a 特征自動(dòng)識(shí)別技術(shù) 特征提取首先從幾何模型的拓?fù)潢P(guān)系出發(fā)提取出每個(gè)特征的幾何數(shù)據(jù) 它是對(duì)零件實(shí) 體模型進(jìn)行解釋 從低層信息中抽取數(shù)據(jù)形成零件高層信息的過程 從零件模型著手 在 零件空間模型上搜尋點(diǎn) 線 面 然后按一定的規(guī)則重新構(gòu)造幾何實(shí)體 對(duì)此幾何實(shí)體進(jìn) 行預(yù)定義匹配識(shí)別n 引 采用特征識(shí)別方法建立的特征模型存在以下幾個(gè)方面的不足 1 對(duì)復(fù)雜的零件形狀 基于特征識(shí)別的特征造型難于實(shí)現(xiàn) 2 不能有效地表達(dá)幾何 模型中不存在的非幾何信息 如公差 表面粗糙度等 3 不能有效地識(shí)別特征間關(guān)系 因此 更合理的特征造型方法是讓設(shè)計(jì)者直接利用特征建立零件的特征模型 而不是事后 從幾何模型中去識(shí)別 b 基于特征的設(shè)計(jì) 又稱為特征造型 在本方法中 特征從一開始就加入在產(chǎn)品模型中 特征型的定義被 放入一個(gè)特征庫中 通過定義尺寸 位置參數(shù)和各種屬性值可以建立特征實(shí)例 以實(shí)例特 征作為建立特征模型的基本單元 從而完成產(chǎn)品模型的定義或設(shè)計(jì)h 但是由于基于特征的設(shè)計(jì)要求建立特征庫 特征庫所包含的特征類是有限的 所以這 種建模方法不適合所有產(chǎn)品行業(yè) 只能針對(duì)于特定的產(chǎn)品體系建立特征庫 不能普遍應(yīng)用 而且這種建模方法所建立的特征是由簡單的體素通過布爾運(yùn)算所構(gòu)造的 或者是基于形狀 特征通過參數(shù)化設(shè)計(jì)而獲得的 所以建立的特征模型不具備加工特性 c 交互式特征識(shí)別技術(shù)n 羽 交互式特征識(shí)別技術(shù)是先建立產(chǎn)品的幾何模型 然后通過用戶直接拾取幾何圖形來定 義幾何特征 并將特征參數(shù) 精度特征 技術(shù)特征信息 作為屬性添加到特征模型中 它 將特征識(shí)別和映射由人來完成 自動(dòng)化程度低 這是早期的造型系統(tǒng)所采用的方法 在形 體設(shè)計(jì)中 這種方法仍以低級(jí)的幾何操作為主 設(shè)計(jì)效率低 操作煩瑣 而且特征模型與 西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 幾何模型無直接聯(lián)系 但是可行性較高 為了改進(jìn)這方面的缺陷 我們可以將特征模型描述為三層結(jié)構(gòu) 以特征分類編碼的方 式區(qū)別的部件的全部特征信息為特征層 識(shí)別出來的特征由分類編碼表示并包括組成特征 的每個(gè)基本對(duì)象的標(biāo)識(shí)信息 特征面層的信息由基本對(duì)象的標(biāo)識(shí) 尺寸精度 表面精度和 表面質(zhì)量信息組成 通過屬性添加的方式添加到部件模型中 通過對(duì)象標(biāo)識(shí)的唯一性將部 件的幾何信息和部件的特征信息聯(lián)系在一起 解決了目前交互式特征識(shí)別所存在的問題 2 特征的分類 由于特征模型要應(yīng)用于制造 c a p p c a m 系統(tǒng)要根據(jù)特征模型中的特征信息查詢數(shù) 據(jù)庫得出每個(gè)特征的加工工序 以及依據(jù)特征間的關(guān)系信息推理出特征間的先后加工順 序 所以 特征的分類必須以加工為基礎(chǔ) 特征直接反映加工種類 使加工工序數(shù)據(jù)庫的 建立較簡單容易實(shí)現(xiàn) 可將特征分為以下四類 外形特征 內(nèi)形特征 表面特征和腔體特 征 見圖1 1 所示 外形特征是指特征體在形體結(jié)構(gòu)外部 主要特征表現(xiàn)為圓柱臺(tái) 圓錐臺(tái) 異形臺(tái) 方 臺(tái) 階梯臺(tái)和螺柱等等 外形特征包括軸類特征和非軸類特征 例如圓柱臺(tái)可以表示為軸 類零件的圓柱軸 也可以表示為幾何體外部的圓柱凸臺(tái) 圓錐臺(tái)可以表示為軸類零件的錐 軸 也可以表示為幾何體外部的錐臺(tái) 階梯臺(tái)可以表示為階梯軸 也可以表示為階梯凸臺(tái) 異形臺(tái)是指臺(tái)體的形狀為圓形和方形的組合形狀 內(nèi)形特征是指特征體在形體結(jié)構(gòu)內(nèi)部 主要表現(xiàn)為圓柱孔 圓錐孔 階梯孔 方槽 異形槽和螺孔等等 內(nèi)形特征也包括軸類和非軸類特征 例如圓柱孔 圓錐孔 階梯孔和 螺孔都可以表示為與回轉(zhuǎn)體部件對(duì)稱軸同軸的內(nèi)形特征及其它形狀部件的內(nèi)形特征 方槽 是指槽的截面為相等的方形 包括直方槽和環(huán)形方槽 異形槽是指槽體形狀為圓形和方形 的組合形狀或槽的截面形狀為圓形和方形的組合形狀 表面特征是指表示部件外部表面形狀的特征 主要表現(xiàn)為平面 柱面和不規(guī)則曲面特 征等等 型腔特征是指表示部件內(nèi)部表面形狀的特征 由若干面組成的閉合或不閉合形體內(nèi) 部 因?yàn)閹缀跛屑庸ぬ卣鞫伎梢园ㄔ谶@四種分類中 所以對(duì)于本文未提到的一些特征 我們也可以將其歸納到以上幾類中 4 1 緒論 圖1 1 制造特征分類 3 特征模型的描述 a 特征模型的分層次描述 描述零件完整的制造信息不僅包括特征信息也包括零件信息 精度信息 材料信息和 管理信息 怎樣將這些信息按層次添加到幾何模型中 形成制造信息的層次性特征模型 采用制造信息的四層次結(jié)構(gòu)如圖2 特征模型分層描述所示 包括零件層信息 特征層信息 特征面層和特征參數(shù)分層次地描述制造信息 見圖1 2 所示 將零件信息和精度信息等描 述為零件層信息和特征參數(shù)加入到特征模型中 零件層信息主要表示零件的毛坯種類 編 號(hào) 材料和熱處理等信息 特征層信息是由組成特定部件待加工表面的若干個(gè)特征的總和 特征面層信息是組成部件所有特征的基本組成要素點(diǎn) 線 面的集合 特征參數(shù)是將部件 特征的精度信息表述到所歸屬的零件面層信息中 作為構(gòu)成特征基本組成要素的參數(shù) 因 此 特征模型的分層描述可以形成完整的制造信息 應(yīng)用于后續(xù)的c a p p c a m 研究工作 中 零傍器縫皇 黲徑纛僚怠 勢(shì)經(jīng)囂蘑償墓 鑄徑參救 圖1 2 特征模型分層描述 西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 b 特征的關(guān)系 特征分類和特征模型描述只是解決了總體特征的描述問題 要描述一個(gè)完整的部件信 息 就必須將各個(gè)特征以一定的方式組合起來 這種組合方式 我們定義為特征間的關(guān)系 表達(dá) 特征模型就是用特征間的關(guān)系表達(dá)圖來描述的部件的概念模型 產(chǎn)品的特征包括幾 何形狀特征和非幾何形狀特征 其中幾何形狀特征是制造信息描述的核心 是其它特征的 載體 其它特征依附于形狀特征而存在 我們將其它特征定義為附屬特征 所以建立特征 模型就是必須構(gòu)造產(chǎn)品的幾何特征之間的關(guān)系 我們把特征間的關(guān)系分為兩類 一類為特 征聯(lián)結(jié)關(guān)系 另一類為特征定位關(guān)系 1 特征聯(lián)結(jié)關(guān)系 特征間的聯(lián)結(jié)關(guān)系反映了板金零件的總體結(jié)構(gòu) 計(jì)算機(jī)通過此關(guān)系來理解特征間的邏 輯關(guān)系和提取所需要的信息 聯(lián)結(jié)關(guān)系可分為三種 從屬關(guān)系 相鄰關(guān)系和陣列關(guān)系 依 附關(guān)系是表示一個(gè)特征依附于另一個(gè)特征而存在 相鄰關(guān)系是表示兩特征相鄰接 陣列關(guān) 系是表示同一種特征以某種陣列方式排列所構(gòu)成的關(guān)系 特征間的聯(lián)結(jié)關(guān)系一般采用圖結(jié) 構(gòu)表達(dá)見圖1 3 所示 a 與b 是依附 c 與b 和d 之間是鄰接關(guān)系 窟曩 芻 西c d 純1 p 1 v 1 f l 純 曉 p 2 1 2 圖1 3 零件的聯(lián)結(jié)關(guān)系圖1 4 9 件的兩組成特征的特征基準(zhǔn)以及它的定位關(guān)系圖 2 特征定位關(guān)系 在基于特征設(shè)計(jì)的造型方式下 一個(gè)特征依賴于另一個(gè)己存在的特征定位 特征的定 位采用定位線 定位點(diǎn) 定位法矢 并用定位關(guān)系圖來表達(dá)各特征間的定位關(guān)系 見圖1 4 所示 l 表示定位線 p 表示定位點(diǎn) v 表示定位法矢 f 1 一f 2 表示特征f 2 參照特征f l 定位 6 q 一移 2 制造特征建模系統(tǒng)框架 2 制造特征建模系統(tǒng)框架 2 1 制造特征建模的需求分析 隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的的發(fā)展 計(jì)算機(jī)在制造過程中發(fā)揮著越來越重要的作用 信息已 經(jīng)成為最重要的資源之一 計(jì)算機(jī)集成制造 c i m 技術(shù)是現(xiàn)代制造業(yè)信息化的產(chǎn)物 在計(jì) 算機(jī)集成制造系統(tǒng) c i m s 中 人們不僅對(duì)系統(tǒng)的集成和信息的集成提出了要求 還對(duì)人 力資源本身的集成也提出了要求 在c i m s 中 設(shè)計(jì)和制造即c a d c a m 無疑是系統(tǒng)的核心 c a d c a m 的集成是最關(guān)鍵 也是最復(fù)雜的集成環(huán)節(jié) 隨著c a d c a m 技術(shù)的發(fā)展 人們己經(jīng)認(rèn)識(shí)到c a d c a m 集成的 關(guān)鍵又在于構(gòu)造統(tǒng)一的產(chǎn)品模型 現(xiàn)代c a d 系統(tǒng)的核心是實(shí)體造型模塊 最流行的實(shí)體 有兩種 一種稱為邊界表示法 b o u n d a r yr e p r e s e n t a t i o n 簡稱b r e p s 另一種稱為構(gòu)造 實(shí)體幾何方法 c o n s t r u c t i v es o l i d og o m e t r y 簡稱c s g 法 這兩種方法的主要缺陷是 不完整的產(chǎn)品定義 在實(shí)體造型模型中只存貯有幾何拓?fù)湫畔?而尺寸公查和表面粗糙 度則無法表達(dá) 同樣 產(chǎn)品的材料信息 表面處理和設(shè)計(jì)意圖等也同樣無法表達(dá) 低層次的產(chǎn)品定義 在b r e p 模型中 存貯的是點(diǎn) 線 面等幾何信息和拓?fù)湫畔?在 c s g 模型中 存貯的是體素和操作元組成的二叉樹 也就是說 模型中存貯的是構(gòu)造體的 細(xì)節(jié) 只有當(dāng)這個(gè)模型顯示在監(jiān)視器上時(shí) 才能由觀察者識(shí)別出產(chǎn)品的總體形狀和特征 這兩種方法都不能將零件的形狀特征表達(dá)出來 為了表達(dá)這些非幾何信息 必須超越 固有的實(shí)體造型概念 這些非幾何信息通常被稱為特征 具體地說 特征是與零部件或產(chǎn) 品有關(guān)的信息的集合 包括設(shè)計(jì)信息 制造信息 檢驗(yàn)信息和管理信息等 這些信息在層 次上差異很大 所反映的內(nèi)容及表示方式也很不同 特征的分類方法有多種 一般來說可 以分為形狀特征 材料特征 精度特征 技術(shù)特征及管理特征等 顯然 從造型角度看 形狀特征具有最重要的意義 它是幾何體從離散的點(diǎn) 線 面 向具有一定含義的特征體跨越的紐帶 通常從面向?qū)ο蟮慕嵌扔^察形狀特征 將一個(gè)零部 件看成是多個(gè)子特征進(jìn)行布爾運(yùn)算而得的結(jié)果 其思路與c s g 法異曲同工 其結(jié)果是特征 樹或特征的繼承聯(lián)系網(wǎng)絡(luò)圖 但是從特征的表達(dá)角度尤其是精度特征的表達(dá)看 應(yīng)當(dāng)是使 用b r e p 法模型作為特征附著的依據(jù)來表達(dá)特征與實(shí)體的聯(lián)系更為方便 所以很多研究者 使用c s g b r e p 混合模型作為特征造型的幾何造型基礎(chǔ) 從以上分析來看 特征建模是c a d c a p p c a m 集成首要解決的問題 是實(shí)現(xiàn)信息集 成的關(guān)鍵 2 2 制造特征建模系統(tǒng)的功能框架 特征信息模型的描述方法要根據(jù)零件加工信息的層次來描述 完全的表達(dá)零件加工所 7 西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 需的全部信息 并且通過合理的表達(dá)方法將零件的形狀特征描述出來 這樣信息模型才能 緊密的銜接后序的c a p p 系統(tǒng) 2 2 1 系統(tǒng)功能框架 本課題采用交互式特征建模的方法進(jìn)行特征建模 避免了特征識(shí)別方法中的很多復(fù)雜 的算法 并且交互式特征建模方法不同與基于特征的設(shè)計(jì) 這種建模方法有利于加工信息 的添加使得特征模型更趨于實(shí)際應(yīng)用的類型 本課題研究的特征建模的系統(tǒng)功能框架見圖 2 1 所示 圖2 佛0 造特征建模的系統(tǒng)功能框架 2 2 2 系統(tǒng)功能模塊 在交互式特征建模系統(tǒng)中建立信息模型主要是以特征模型的層次性描述為順序 以各 層次的信息內(nèi)容為知識(shí)載體 進(jìn)行各模塊的功能設(shè)計(jì) 主要包括以下幾個(gè)模塊 見圖2 1 所 示 1 特征定義模塊 在進(jìn)行特征建模前必須對(duì)零件的特征定義 不同的特征定義方法會(huì)影響特征建模過 程 并且會(huì)影響特征模型的可用性 目前大部分建模軟件對(duì)特征的定義主要是表達(dá)特征的 形狀上 特征的形狀可以用兩種方法表示 包括邊界表示法和構(gòu)造實(shí)體幾何方法 這兩 種方法都無法完全的表達(dá)零件的其他信息 要添加加工信息還要人工輸入信息 而且它所 表達(dá)出來的零件形狀是從幾何角度出發(fā) 計(jì)算機(jī)無法識(shí)別幾何信息必須進(jìn)行特征識(shí)別 除此之外 特征的定義一般是總結(jié)實(shí)際應(yīng)用中的特征種類 把特征分為若干個(gè)類別比 如孔 圓柱 槽 臺(tái)階等等 但是對(duì)于加工意義上來說 不同的孔具有不同的加工方法 不同的槽也有不同的加工方法 比如軸類零件上的槽在車床上加工 而平面上的槽可在銑 床上加工 所以說本文的重點(diǎn)之一是對(duì)零件的特征進(jìn)行分類 能使特征建模達(dá)到一種較理 想的程度 更能體現(xiàn)加工工藝的意義 8 2 制造特征建模系統(tǒng)框架 2 特征建模模塊 特征建模模塊也是本課題的重點(diǎn)內(nèi)容之一 在合理的特征定義的基礎(chǔ)下 建立的特征 模型是表達(dá)零件制造信息的整體效果 不僅能完整的表達(dá)零件j j n r 信息 而且要合理的表 達(dá)特征問的關(guān)系 完整的零件加工信息包括零件的尺寸精度 定位信息 形位精度和表面粗糙度等 這 些信息直接影響到零件的加工 可以通過特征添加的方法將這些信息添加到對(duì)應(yīng)得特征內(nèi) 部 形成特征的詳細(xì)信息 特征關(guān)系是描述特征之間相互關(guān)系的信息 每兩個(gè)具有相互關(guān)系的特征都具有特征關(guān) 系 用特征關(guān)系描述的方法可以將零件組成一個(gè)網(wǎng)狀的結(jié)構(gòu) 以利于系統(tǒng)識(shí)別推理零件形 狀 合理特征關(guān)系的是c a p p c a m 系統(tǒng)能識(shí)別零件形狀的基礎(chǔ) 用數(shù)據(jù)信息描述出零件 的幾何形狀就是特征關(guān)系得主要目的 3 特征模型轉(zhuǎn)換模塊 特征模型轉(zhuǎn)換模塊是將建立的特征模型用x m l 標(biāo)記語言描述出來 x m l 是一種簡單 的可擴(kuò)展標(biāo)記語言 可進(jìn)行不同數(shù)據(jù)格式之間的互操作 x m l 文檔可使不同系統(tǒng) 不同 平臺(tái)的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口 完全獨(dú)立于平臺(tái) 操作系統(tǒng) 編程語言等等 任何平臺(tái)上的任 何應(yīng)用程序都能發(fā)送和接收x m l 文檔 并且都提供了用于處理x m l 的解析器 所以采用 x m l 格式來描述信息模型可以使c a p p 系統(tǒng)高效的識(shí)別零件信息 并且可以與管理系統(tǒng)實(shí) 現(xiàn)信息交換功能 要實(shí)現(xiàn)該功能模塊必須在u g 次開發(fā)模塊的基礎(chǔ)上 利用u g o p e na p i u g o p e n m e n u s c r i p t 和u g o p e nu i s t y l e r 開發(fā)工具 編程實(shí)現(xiàn)這個(gè)模塊的功能 4 x m l 信息模型文件輸出模塊 信息模型的輸出也是在u g 次開發(fā)模塊的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的 主要是將建立的特征模型 信息輸出為宰 t x t 文件 文件的內(nèi)容是x m l 格式的特征信息模型 2 2 3 系統(tǒng)的功能和應(yīng)用 在整個(gè)系統(tǒng)中 除了這四個(gè)功能模塊還包括u g 次開發(fā)接口 系統(tǒng)用戶界面 這幾 個(gè)部分之間存在緊密的關(guān)系 系統(tǒng)開發(fā)過程中 首先要根據(jù)u g 次開發(fā)接口技術(shù)編程實(shí) 現(xiàn)特征的定義 形成特征庫 特征庫與特征定義理論為根據(jù) 然后進(jìn)行特征建模的程序編 制 能實(shí)現(xiàn)建立完整的特征模型 再將特征模型轉(zhuǎn)換成合理的特征數(shù)據(jù)信息 最后將特征 模型編輯成x m l 信息模型文件 在系統(tǒng)應(yīng)用過程中 用戶通過u g 系統(tǒng)下開發(fā)的系統(tǒng)用戶界面進(jìn)行零件的特征建模 系統(tǒng)能不完成特征轉(zhuǎn)換 將特征模型信息轉(zhuǎn)換成x m l 信息模型文件 最終輸出與零件對(duì) 應(yīng)的信息模型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來 2 3 制造特征建模系統(tǒng)功能流程 通過以上的制造特征建模系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)特征建模功能 最終輸出特征信息模型 用戶要在 9 兩安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 u g 系統(tǒng)下 通過一定的步驟進(jìn)行特征建模 特征建模包括兩部分內(nèi)容 一個(gè)是特征模型 的輸入 另一個(gè)是特征模型的修改 本系統(tǒng)中特征模型創(chuàng)建的流程見圖2 2 所示 2 3 1 特征模型的輸入流程 特征模型的輸入是一個(gè)順序流程 首先在打開一個(gè)部件的條件下 選擇要描述零件的 一個(gè)特征體 其次選擇該零件的類型以及該特征的類型 輸入該特征的詳細(xì)參數(shù)信息 然 后判斷是否選擇新的特征體 如果選擇是返回選擇特征 否則添加信息模型完成 最后輸 出x m l 文檔信息 圖2 2 制造特征建模系統(tǒng)功能流程圖 2 3 2 特征模型的修改流程 特征模型的修改是建立在特征模型輸入完成的基礎(chǔ)之上 對(duì)于錯(cuò)誤的特征信息的刪 除 修改或添加 通過信息查看模塊檢查特征模型 判斷是否需要?jiǎng)h除特征 如果選擇是 就刪除特征 然后添加新的特征 返回到特征模型輸入流程中選擇特征之前 進(jìn)入特征模 l o 2 制造特征建模系統(tǒng)框架 型輸入主流程 否則返回到選擇新的特征體之前 最后模型輸入無誤之后輸出x m l 文檔 特征模型信息 2 4 系統(tǒng)信息流 特征建模的目的是完成幾何模型信息到數(shù)據(jù)模型信息的轉(zhuǎn)換 從而達(dá)到c a d c a p p c a m 信息集成的目的 所以在進(jìn)行特征建模過程中就存在了信息的轉(zhuǎn)換流動(dòng) 在特征建模過程中 形成了四種信息的類型轉(zhuǎn)換 包括零件信息 特征 定位信息和 特征參數(shù)見圖2 3 所示 從幾何層面的拓?fù)鋽?shù)據(jù)到特征信息模型 再到x m l 格式的文檔中 使信息從一元化的三維模型拓?fù)湫畔⒘鞲郊恿肆慵募庸すに囆畔⑥D(zhuǎn)化到直接與制造相 關(guān)的多元化的信息流 零件信息是指零件的設(shè)計(jì)者 零件名稱 毛坯種類 編號(hào) 材料和熱處理等信息 是 描述零件的基本信息和管理信息 特征是指組成零件的所有特征的總和 是描述零件外部和內(nèi)部形狀特征的基礎(chǔ) 定位信息是指零件中特征間的相互位置關(guān)系 通過特征和特征間的定位信息 可以完 整地表達(dá)零件的幾何模型 特征參數(shù)是描述零件的詳細(xì)的加工信息 通過附加在相應(yīng)的特征上 達(dá)到補(bǔ)充零件外 形特征的目的 使零件信息模型具有加工信息的特點(diǎn) 圖2 3 特征建模的信息流 2 5 本章小結(jié) 本章從制造特征建模的需求分析 功能框架 功能流程和系統(tǒng)信息流四個(gè)方面論述了 制造特征建模系統(tǒng)的功能框架 從整體上說明了本課題研究的方法和內(nèi)容 包括特征定義 特征建模 特征模型轉(zhuǎn)換和x m l 信息模型文件輸出模塊 西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 3 特征建模技術(shù)及軸類零件特征建模 3 1 特征建模方法 3 1 1 特征建模方法綜述 特征建?？纱笾翚w為交互式特征定義 特征識(shí)別和基于特征設(shè)計(jì)三個(gè)方面n 眥0 j l 交互式特征定義利用現(xiàn)有的造型系統(tǒng)建立產(chǎn)品的幾何模型 由用戶直接通過圖形 交互式拾取 定義特征幾何所需要有幾何要素 并將特征參數(shù)或精度 技術(shù)要求 材料熱 處理等信息作為屬性添加到特征模型中 這種建模方法自動(dòng)化程度低 產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享也 難易實(shí)現(xiàn) 信息處理過程中容易產(chǎn)生人為的錯(cuò)誤 2 特征識(shí)別將幾何模型與預(yù)先定義的特征進(jìn)行比較 確定特征的具體類型及其它信 息 它一般由下列步驟組成 1 搜索產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)庫 匹配特征的拓樸幾何模型 2 從數(shù)據(jù)庫中提取已識(shí)別的特征信息 3 確定特征參數(shù) 4 完成特征幾何模型 5 組合簡單特征以獲得高級(jí)特征 以上識(shí)別的主要是加工特征 然而 提取產(chǎn)品的特征信息是非常困難的 曾經(jīng)有不少 學(xué)者對(duì)特識(shí)別的算法進(jìn)行了深入研究 如特征匹配法 c s g 樹識(shí)別法 體積積分法 實(shí) 體生成法等 但結(jié)果并未令人滿意 特征識(shí)別往往只對(duì)簡單形狀有效 而且c a p p 所需要 的公差 料等屬性仍然缺乏 針對(duì)特征識(shí)別中存在的困難和問題 w i l s o ne r 等提出直接 采用特征建立產(chǎn)品模型 而不是事后去識(shí)別特征來定義零件幾何體 即將特征庫中預(yù)定義 的特征實(shí)例化后 以實(shí)例特征為基本單元建立特征模型 從而完成產(chǎn)品的定義或設(shè)計(jì) 3 1 2 參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù) 參數(shù)化設(shè)計(jì)也叫尺寸驅(qū)動(dòng) 是零部件模型修改和變型設(shè)計(jì)的需要 它是c a d 技術(shù)應(yīng) 用領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)之一 參數(shù)化設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制為參數(shù) 提供修改參數(shù) 可以對(duì)圖形和 幾何數(shù)據(jù)進(jìn)行修改 利用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)開發(fā)專用產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng) 可使設(shè)計(jì)人員從大量繁 重而瑣碎的繪圖工作中解脫出來 大大提高設(shè)計(jì)速度 并可減少信息的存儲(chǔ)量 實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心技術(shù)是 1 構(gòu)造設(shè)計(jì)對(duì)象的參數(shù)化模型 2 建立參數(shù)驅(qū) 動(dòng)機(jī)制 在參數(shù)化設(shè)計(jì)過程中 修改參數(shù)必須滿足產(chǎn)品的約束條件 機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜 所涉及的參數(shù)很多 其間的約束關(guān)系也十分復(fù)雜 這就使得用戶通過參數(shù)約束描述和控制 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特征增加了難度 基于特征的建模技術(shù)正是解決這一問題的關(guān)鍵技術(shù) 基于特征 的建模技術(shù)是近年來為實(shí)現(xiàn)c i m s 集成化而發(fā)展起來的一種新型建模技術(shù) 它既使設(shè)計(jì)及 1 2 3 特征建模技術(shù)及軸類零件特征建模 其相關(guān)的應(yīng)用活動(dòng)能利用特征元素含有的語義進(jìn)行宏操作和推理決策 又允許不同的應(yīng)用 能按自身的含義來理解產(chǎn)品 人機(jī)交互參數(shù)化設(shè)計(jì)可分為以下幾類瞳1 2 3 1 1 基于幾何約束的變量幾何法 它把圖形中的幾何約束轉(zhuǎn)化為以特征點(diǎn)坐標(biāo)為變量的 非線性方程組 通過n e w t o n r a p h s o n 迭代等數(shù)值計(jì)算方法求解非線性方程組 計(jì)算出每 個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)值 從而確定出幾何細(xì)節(jié) 此法通用性強(qiáng) 但求解速度慢 而且迭代初值 的選取會(huì)影響到算法的成敗 2 基于幾何推理的作圖規(guī)則匹配法 此法基本思路是將約束關(guān)系用一邏輯謂詞來描述 并存于事實(shí)庫中 通過推理機(jī)的推理作用 從規(guī)則庫中選用規(guī)則并應(yīng)用于現(xiàn)有事實(shí) 推理 的結(jié)論作為新的事實(shí) 推理史記錄所有成功的規(guī)則應(yīng)用 并提供給重構(gòu)過程 從而構(gòu)造出 整個(gè)幾何體 其主要特點(diǎn)是將人們手工作圖過程分解為一系列的最基本的作圖規(guī)則 從中 求解未知參數(shù) 3 基于構(gòu)造過程的參數(shù)化方法 此法采用一種參數(shù)化履歷的機(jī)制 通過記錄構(gòu)圖過程 中幾何體素的生成先后順序及連接關(guān)系 捕捉設(shè)計(jì)者的意圖 4 基于輔助線的參數(shù)化方法 此法主要特點(diǎn)是所有輪廓線都建立在輔助線的基礎(chǔ)上 而輔助線的求解條件在作圖過程中明確規(guī)定 此法在實(shí)現(xiàn)技巧上與作圖規(guī)則匹配法完全一 致 只是求解步驟更簡單 求解速度更快 但當(dāng)圖形復(fù)雜時(shí)輔助線將影響作圖 5 基于草圖的參數(shù)化方法 此方法的基本思想是先以草圖的形式 只表示圖元問的相 互關(guān)系而不考慮圖元的準(zhǔn)確位置 快速繪出圖形 然后進(jìn)行必要的尺寸標(biāo)注 最后通過一 個(gè)程序產(chǎn)生由尺寸標(biāo)注所控制的準(zhǔn)確圖形 此法也叫尺寸驅(qū)動(dòng)參數(shù)化 3 1 3 基于特征的零件信息模型 一個(gè)完整的產(chǎn)品模型不僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的集合 還應(yīng)反映出各類數(shù)據(jù)的表達(dá)方式以及相 互問的關(guān)系 只有建立在一定表達(dá)方式基礎(chǔ)上的產(chǎn)品模型 才能有效地為各應(yīng)用系統(tǒng)所接 受和處理 作為完整表達(dá)產(chǎn)品信息的零件模型應(yīng)包括表達(dá)各類特征的 即管理特征模型 形狀特征模型 精度特征模型 材料熱處理特征模型和技術(shù)特征模型 基于特征的零件信 息模型的總體結(jié)構(gòu)見圖3 1 所示 它表示零件信息模型的分層結(jié)構(gòu) 即零件層 特征層和 幾何層等三個(gè)層次 零件層主要反映零件的總體信息 是關(guān)于零件子模型的索引指針或地址 特征層是一 系列的特征子模型及其相互關(guān)系 幾何層反映零件的點(diǎn) 線 面的幾何 拓?fù)湫畔?分析 這個(gè)模型結(jié)構(gòu)可以知道 零件的幾何廓撲信息是整個(gè)模型的基礎(chǔ) 同時(shí)也是零件圖繪制 有限元分析等應(yīng)用系統(tǒng)關(guān)心的對(duì)象 而特征層則是零件模型的核心 特征層中各種特征子 模型之間的相互聯(lián)系反映了特征間的語義關(guān)系 使特征成為構(gòu)造零件的基本單元具有高層 次的工程含義 該模型可以方便地提供高層次的產(chǎn)品信息 從而支持面向制造的應(yīng)用系統(tǒng) 如c a p p n c 編程 加工過程仿真等 對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的需求 刪 1 3 西安工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 l 特醞毽 q j t l l 圖3 1 零件信息模型 零件信息模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 現(xiàn)以回轉(zhuǎn)體零件為例 說明零件信息模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 1 管理特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 管理特征主要是描述零件的總體信息和標(biāo)題欄信息 如 零件名 零件類型 g t 碼 零件的輪廓尺寸 最大直徑 最大長度 重量 件數(shù) 材料 名 設(shè)計(jì)者 設(shè)計(jì)日期等等 2 形狀特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 形狀特征模型包括 幾何屬性 精度屬性 材料熱處理 屬性和關(guān)系屬性等 幾何屬性用來描述形狀特征的公稱幾何體 包括形狀特征本身的幾何 尺寸即定形尺寸以及形狀特征的定位坐標(biāo)和定位基準(zhǔn) 精度屬性是指幾何形體的尺寸公 差 形狀公差 位置公差和表面精糙度 材料熱處理屬性是指形狀特征上具有某些特殊的 熱處理要求 如某一表面的局部熱處理要求 關(guān)系屬性是指形狀特征之間的聯(lián)系 是鄰接 聯(lián)系還是從屬聯(lián)系 形狀特征與精度特征 材料熱處理特征之間相互引用聯(lián)系 3 精度特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 精度特征模型的信息內(nèi)容大致分為下列三部分 a 精度 規(guī)模規(guī)范信息 包括公差類別 精度等級(jí) 公差值和表面精糙度 尺寸公差包括公差值 上偏差 下偏差 公差等級(jí) 基本偏差代號(hào)等 幾何公差包括形狀公差和位置公差 b 實(shí)體狀態(tài)信息 實(shí)體狀態(tài)信息是指最大實(shí)體狀態(tài)和最小實(shí)體狀態(tài) c 基準(zhǔn)信息 對(duì)于關(guān)聯(lián) 幾何實(shí)體 則必須具有基準(zhǔn)信息 4 材料熱處理特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 包括材料信息和熱處理信息 材料信息包括材料 名稱 牌號(hào)和機(jī)械性能參數(shù) 熱處理信息包括熱處理方式 硬度單位和硬度值的上 下限 等 5 技術(shù)特征模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 技術(shù)特征模型的信息包括零件的技術(shù)要求和特性表等 這些信息沒有固定的格式和內(nèi)容 因而很難用統(tǒng)一的模型來描述 3 2 特征定義和分類 3 2 1 特征的定義 由于特征技術(shù)是一門新興的研究和應(yīng)用領(lǐng)域 因而對(duì)于特征本身還缺少一個(gè)明確的形 式化定義 不同的應(yīng)用形成了特征的不同定義 從加工角度看特征被定義為加工操作和工 具有關(guān)的零部件形式以及技術(shù)特性 從形體建模角度看 特征是一組具有特定關(guān)系的幾何 1 4 3 特征建模技術(shù)及軸類零件特征建模 或拓?fù)湓?從設(shè)計(jì)人員角度看 特征又是用于設(shè)計(jì)分析和設(shè)計(jì)評(píng)估的基本元素 因此 許多專家學(xué)者們針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域給出了不同的定義 其中最有影響的首推 p r a t t w i l s i o n 的定義 特征是一個(gè)零件的表面上有意義 i n t e r e s t 的區(qū)域 共分6 類包括特 征通道特征 p a s s a g e 凹陷特征 d e p r e s s i o n 凸起特征 p r o t r u s i o n 過度特征 t r a n s i t i o n 域特征 a r e a 和變形特征 d e f o r m a t i o n 這種分類方法后來被s t e p 采用 該特征分類主 要是基于形狀特征的分類 jjs h a h 的定義特征是產(chǎn)品信息傳遞的載體 c a r r i e r 它能 幫助設(shè)計(jì)制造或其他工程任務(wù)之間的通信與交流 把產(chǎn)品信息分為5 類 特征形狀 特征 精度 特征技術(shù) 特征材料及裝配特征 t o r b e nl e n a u 的定義特征是零件的形狀或其它屬 性的信息集 上述這些定義雖然存在差異但對(duì)特征基本上形成了一些共識(shí)即 特征表達(dá)一定的功能語義隱含一定的工程知識(shí) 特征是產(chǎn)品非幾何信息的載體 特征廣泛地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖供設(shè)計(jì)者使用以表達(dá)設(shè)計(jì)思想 3 2 2 特征分類 目前按