M1000A氣瓶的三維造型設計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設計(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 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。
指導教師評語:
所選原文資料內容符合本畢業(yè)設計及專業(yè)方向要求,篇幅飽滿,翻譯用詞準確,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應用中實現(xiàn)零件信息自動傳送和轉化的技術。特征是集成中的信息傳輸媒介。由于設計下游的生產(chǎn)計劃和零件設計者的角度不同,因此,特征轉化和特征提取方法用來以設計特征模型為基礎創(chuàng)建加工模型。由于特征是相互關聯(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,該模型從設計數(shù)據(jù)庫提取出來,以幾何學和拓撲學信息為基礎。另外,STEP格式文件用來連接已轉化了的加工特征模型和下游的CAPP應用。特征轉化系統(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。
關鍵字 CAD/CAM集成 約束 特征轉化 特征相互作用 基礎特征 STEP界面
1. 引言
基于特征的設計和制造系統(tǒng)在機械零件CAD/CAM系統(tǒng)中已經(jīng)得到了廣泛應用?;谔卣鞯腃AD/CAM集成是一項在CAD,CAPP和CAM應用中實現(xiàn)零件信息自動傳輸和轉化的技術[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,幾何學和非幾何學,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。設計特征是與零件的功能、設計意圖和模型構建方法有關的形狀特征。加工特征是與特定的加工工序有關的形狀特征。當今的計算機輔助設計(CAD)系統(tǒng)是基于特征的,如Pro/Engineer?;谔卣鞯脑O計意味著零件的設計是從簡單的拉伸或旋轉(例如圓柱或長方體)開始的,然后通過把特征,如孔、槽,添加到當前設計的多個表面上來修改它。設計者詳細說明這些特征的位置、尺寸和方向[5]。根據(jù)下游的加工的應用要求,必須通過特征轉化和特征提取將設計特征轉為加工特征。特征提取是從基于幾何形狀的設計模型定義加工特征,而特征轉化則是將基于特征的設計模型轉化為加工特征[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[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化中對基本的特征的定義。文章第四部分則介紹了約束關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化算法并設計了一個可將CAD和CAPP系統(tǒng)集成的STEP格式文件接口。最后是本文的結論。
圖1 廣州機床制造廠的零件樣本
2. 特征轉換
文中提出了一種從設計特征模型生成加工特征的基于特征的轉化方法。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化中會提取和保留設計模型信息。如圖2所示,特征轉化中的CAD/CAM集成系統(tǒng)包括一個形狀特征轉換模塊,尺寸特征轉換以及特征屬性轉換。由于設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換。本文主要介紹了用在機床上的零件的形式特征轉換。
設計特征
CAD系統(tǒng)特征模型
特征摘錄
設計特征
數(shù)據(jù)庫
特征轉換模塊
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計特征類和特征屬性的轉變:
型腔特征轉變成槽特征,以及尺寸的轉化
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,從而使得零件結構更為復雜。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,零件模型中的設計特征包括:基準(平面或軸)、拉伸體,孔,槽,除料和筋特征。這些特征中,建于基準平面上的拉伸特征是基礎。在此基礎上,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。因此設計模型不能為加工直接提供同軸孔系特征。
轉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致孔特征不是屬性發(fā)生改變,就是丟失設計中記錄的關系。目前,基于約束匹配的方法對于平面形狀特征轉換[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換,不能解決孔系特征轉換。本文則著重解決了這個難題。
為了把包括孔系特征的復雜零件,從設計領域應用到加工領域,首先必須對加工領域中的加工特征的結構作定義。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換工作[9,16,17]的基礎上,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換,首先介紹了基礎特征的定義。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。一個基礎特征能通過數(shù)學集合來表達:
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換相符合?;A特征和孔特征有關可描述如下:
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,可分為內輪廓或外輪廓 (見圖5)。內輪廓是孔的外曲線。眾所周知,在執(zhí)行輪廓尋找時,面特征總在輪廓的右側。因此,尋找外輪廓是順時針方向,尋找內輪廓是逆時針方向。
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
內輪廓
圖4 與孔類特征有關的基本特征分類
內輪廓
外輪廓
圖5 輪廓定義
4. 基于約束的孔系特征描述
4.1 約束關系描述
基本約束特征是用來組成形狀特征的基礎元素。建立基本特征的約束關系的目的是:
1. 在較高層對形狀的約束關系進行描述,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
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