面向特征的鈑金零件信息模型

面向特征的鈑金零件信息模型

0cad/創(chuàng)新過(guò)程模型近年來(lái)，功能技術(shù)發(fā)展迅速，利用具有一定技術(shù)意義的功能作為基本結(jié)構(gòu)單元，建立了產(chǎn)品信息模型，并將傳統(tǒng)的幾何數(shù)據(jù)與加工特征信息有機(jī)結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了cal-rom信息的整合。但如何組織特征本身所具有的各種信息,以及特征間相互關(guān)系的描述,則是特征技術(shù)走向應(yīng)用的關(guān)鍵之一。本文針對(duì)鈑金零件的特點(diǎn),采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)對(duì)鈑金零件進(jìn)行特征分類,建立相應(yīng)的特征模型結(jié)構(gòu)來(lái)描述鈑金零件的幾何形狀、工藝、材料等信息。1博弈零件的本構(gòu)模型就一般而言,機(jī)械零件的主要特征分類應(yīng)包括幾何形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征和管理特征5大類。這種分類方法能比較完善地描述出零件的信息。鈑金零件是機(jī)械零件中的一個(gè)重要組成部分,與一般的機(jī)械零件相比,鈑金零件是由金屬板料經(jīng)沖壓、折彎加工制造而成,一般是厚度均勻,且沒(méi)有內(nèi)體素。由于鈑金零件主要用于產(chǎn)品部件的外覆蓋件,相應(yīng)地這類零件沒(méi)有很嚴(yán)格的公差要求,而且對(duì)材料也不要求作特別的技術(shù)處理(熱處理等),所以確定其特征時(shí)可不考慮精度及技術(shù)特征。1.1平面特征與平面連接特征的關(guān)系如果將鈑金零件抽象為零厚度的話,則鈑金零件的形狀就可看成為一些有界表面集合而成。這些表面包括一般平面、連接面、成形面等,所以鈑金零件的主要幾何形狀特征就是面特征(不考慮自由曲面)。它描述鈑金件的各個(gè)板面的外輪廓。而平面與平面之間的連接特征(折彎面、焊接面)確定了平面特征之間的關(guān)系及連接方式,這是有由加工方式所決定的。零件的平面特征中有各種的內(nèi)輪廓特征(孔、矩形槽、長(zhǎng)圓槽等)、缺口特征(矩形缺口、不規(guī)則缺口等)和沖壓特征(球形沖壓、垂直沖壓等)。這些特征形狀、加工方法都有所不同,但應(yīng)從屬于平面特征。另外在鈑金零件中常常存在多個(gè)相同的內(nèi)輪廓特征按一定的規(guī)則(沿直線均布或圓周均布)分布在板面上。為了設(shè)計(jì)和表達(dá)方便,我們還定義了線性陣列特征和圓周陣列特征。另外鈑金零件相連接的平面特征之間可能根據(jù)某種要求需要開(kāi)槽口。顯而易見(jiàn),這種連接槽口特征則與上面所述的平面槽口特征不一樣,它不屬于某一平面特征,而是由多個(gè)平面特征所共有的,因此在特征表達(dá)上要區(qū)分開(kāi)來(lái)。1.2材料屬性鈑金零件的材料特征主要描述了板材的品牌、材料、相關(guān)的機(jī)械性能指標(biāo)(折彎系數(shù)、最大剪切力等),這些數(shù)據(jù)是鈑金展開(kāi)、工藝分析的主要依據(jù)。1.3設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)單件信息,以及本構(gòu)模型的編碼或設(shè)計(jì)單鈑金零件管理特征描述的是零件的管理信息,如設(shè)計(jì)者、設(shè)計(jì)日期、設(shè)計(jì)圖號(hào)、零件名稱等。它是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)從設(shè)計(jì)圖中提取的必要信息。2特征類結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)在我們就根據(jù)面向?qū)ο蟮母拍詈驮O(shè)計(jì)思想引入特征類及特征對(duì)象的概念來(lái)描述鈑金零件的特征信息。首先,對(duì)所有具有共性的特征進(jìn)行分層次的抽象,定義出相應(yīng)的(虛)基類,負(fù)責(zé)管理相應(yīng)一級(jí)的數(shù)據(jù)和行為。例如,虛擬特征類是所有特征共性的抽象,表達(dá)所有特征的共有屬性。同樣,可以定義虛擬幾何形狀特征作為所有幾何形狀特征的共有基類。它并不是單單指純粹的形狀表示,而應(yīng)是附有特定信息的幾何形狀信息集合。它力圖表達(dá)出除幾何形狀外的更豐富的信息,如設(shè)計(jì)意圖、設(shè)計(jì)記錄、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等。這樣的特征表達(dá)才是一種通用、合理且具有擴(kuò)展性的表達(dá)方案。以此類推,我們根據(jù)鈑金零件的特征分類以及面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思想建立相應(yīng)的特征類體系結(jié)構(gòu),如圖1所示。特征類體系結(jié)構(gòu)只體現(xiàn)出鈑金特征類的繼承關(guān)系,并不能反映特征實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系。而特征實(shí)體之間的拓?fù)潢P(guān)系是由特征類的數(shù)據(jù)成員和方法(行為)定義表達(dá)出來(lái)的。平面特征平面特征首先包括了面板的外輪廓的組成信息和工藝信息,如總長(zhǎng)、面積、輪廓描述等。其次,平面特征類數(shù)據(jù)成員中的內(nèi)輪廓鏈表、缺口鏈表記錄了該平面對(duì)象的各種內(nèi)輪廓、缺口信息。而連接特征鏈表則描述了該平面特征對(duì)象與多個(gè)平面特征對(duì)象相連接(焊接或折彎)的關(guān)系。我們以一個(gè)主要的基準(zhǔn)平面作為主平面,那么一個(gè)鈑金零件則可表示成一棵多叉樹(shù)。主平面就是多叉樹(shù)根節(jié)點(diǎn)。連接特征連接特征分為焊接特征與折彎特征,它記錄了平面特征之間的連接方式、定位尺寸、定型尺寸等。其中定位尺寸是指連接線位置尺寸、連接線的方向矢量等;定型尺寸則包括連接角度、連接長(zhǎng)度、折彎角度等信息。鈑金零件的折彎槽口是依附于折彎特征而存在的,因此在折彎特征的數(shù)據(jù)成員中定義了折彎槽口特征指針,建立折彎槽口對(duì)象鏈表以描述出該折彎特征對(duì)象上所開(kāi)的槽口。內(nèi)輪廓特征內(nèi)輪廓特征并不是鈑金零件中實(shí)際存在的特征,它只是把各種內(nèi)輪廓特征如孔、矩形槽、長(zhǎng)圓槽等的共性抽象出來(lái)而形成的基類特征。它記錄了內(nèi)輪廓所屬的父平面特征對(duì)象和其工藝信息。由圖示的鈑金零件可以看出,某些內(nèi)輪廓特征對(duì)象具有翻邊,因此內(nèi)輪廓特征的數(shù)據(jù)成員中應(yīng)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)鏈表以記錄翻邊信息。但我們并沒(méi)有定義翻邊平面特征類,這是因?yàn)閮?nèi)輪廓翻邊可認(rèn)為是某一邊上進(jìn)行了一般的折彎操作。所以,翻邊平面數(shù)據(jù)鏈表實(shí)際上是折彎特征鏈表。沖壓特征沖壓特征是在平面上直接通過(guò)沖壓成形加工形成的,是不可展開(kāi)的內(nèi)輪廓特征。在鈑金零件中存在有許多的沖壓特征,由于模具形狀不一,從而造成了沖壓特征的多種多樣,給造型帶來(lái)困難。在鈑金零件中,主平面包含了多種內(nèi)輪廓特征(孔、長(zhǎng)圓孔、矩形槽、球形沖壓、沖壓槽)和缺口特征,并通過(guò)折彎特征與兩個(gè)子平面相連接。在其中一子平面與主平面相連接的折彎特征對(duì)象上包含了一個(gè)折彎槽口對(duì)象的數(shù)據(jù)成員;而在另一子平面的不規(guī)則槽口上具有翻邊,故該槽口對(duì)象的數(shù)據(jù)成員含有一折彎特征對(duì)象與翻邊平面(平面對(duì)象)相連接。3pplain零件展開(kāi)圖生成算法在鈑金CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中,精確地、完整地生成鈑金零件的展開(kāi)圖是后繼的工藝排樣、工藝生成和加工仿真所必需的前提之一。根據(jù)上述的模型,鈑金零件可表示成由平面特征對(duì)象組成的一棵多叉樹(shù),主平面則是多叉樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。那么對(duì)于多層平面連接生成的鈑金零件的展開(kāi)可通過(guò)平面特征展開(kāi)算法的遞歸過(guò)程進(jìn)行處理,這實(shí)際上類似于多叉樹(shù)的深度優(yōu)先遍歷算法。平面特征的展開(kāi)算法(假設(shè)函數(shù)為Spread(PlainFeature*pplain,GeomtryRep*spreadresult))大致步驟如下:a.生成pplain平面;b.處理所有pplain平面的缺口特征;c.處理所有pplain平面的內(nèi)輪廓特征,如果內(nèi)輪廓特征存在翻邊則先遞歸調(diào)用翻邊平面的Spread()函數(shù),再將翻邊平面進(jìn)行展開(kāi)尺寸計(jì)算并作幾何矩陣變換,實(shí)現(xiàn)翻邊平面與pplain平面的展開(kāi);d.逐一遍歷所有的連接特征,遞歸調(diào)用連接平面的Spread()函數(shù),生成連接平面及其子孫的展開(kāi)圖后,進(jìn)行連接平面的展開(kāi)尺寸計(jì)算并作幾何矩陣變換后,實(shí)現(xiàn)該連接平面與pplain平面的展開(kāi);e.返回展開(kāi)結(jié)果實(shí)體。可見(jiàn),展開(kāi)圖的生成只需調(diào)用Spread(mainplain,spreadresult)即可,其中mainplain指向主平面。鈑金零件展開(kāi)圖生成算法要充分考慮板材的物理性質(zhì)。鈑材進(jìn)行的折彎加工,實(shí)際上是一個(gè)塑性彎曲變形的過(guò)程。在折彎加工的過(guò)程中,板材存在一應(yīng)變中性層,它的尺寸保持不變。因此,零件的展開(kāi)尺寸實(shí)際就是折彎后零件的中性層尺寸。由于鈑金零件的尺寸標(biāo)注并不是以中性層尺寸來(lái)確定,所以鈑金零件展開(kāi)時(shí)要根據(jù)尺寸的標(biāo)注情況進(jìn)行兩者的尺寸換算。中性層的尺寸數(shù)據(jù)(一般為中性層系數(shù))則從材料特征中讀取。另外,求解鈑金零件展開(kāi)時(shí)要考慮零件的加工工藝。鈑金零件中,某折彎操作可能引起材料堆積現(xiàn)象,使折彎邊