M1000A氣瓶的三維造型設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 部: 機械工程系
專 業(yè): 機械工程及自動化
姓 名: 許巧兵
學(xué) 號: 05010247
(用外文寫)
外文出處: Int J Adv Manuf Technol(2004)
DOI 10.1007/s00170-003-1882-9
附 件:1.外文資料翻譯譯文;2.外文原文。
指導(dǎo)教師評語:
所選原文資料內(nèi)容符合本畢業(yè)設(shè)計及專業(yè)方向要求,篇幅飽滿,翻譯用詞準(zhǔn)確,語句通順。
簽名:
2009年3月18日
注:請將該封面與附件裝訂成冊。
附件1:外文資料翻譯譯文
CAD/CAM集成的加工特征提取
摘要 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。孔系特征是機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(jìn)一步闡述了基于約束的方法來詳細(xì)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?fù)鋵W(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)拿浇椤K罅抗こ绦畔?,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。基于特征的設(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(xì)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(xiàn)[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(jìn)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??紫殿愋土慵奶卣鬓D(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(jìn)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(xiàn)[13]中詳細(xì)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?fù)湫畔⒌幕編缀涡螤睢R粋€基礎(chǔ)特征能通過數(shù)學(xué)集合來表達(dá):
Fb={T.G.C} (1)
其中
Fb代表基本特征,
T代表基本特征的拓?fù)湫畔ⅲ?
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?;A(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?fù)湟刂g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(jìn)行描述,以避免從幾何和拓?fù)湫畔舆M(jìn)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
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