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广义特征及其在零件制造工艺规划中的应用  

2017-09-14 21:54:42|  分类: 嫦娥飞天——中华 |  标签: |举报 |字号 订阅

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 现代制造技术的发展对制造信息化提出了更高的需求。以 CAD/CAM/CAPP/CAFD 集成技术为核心的现代集成制造系统能够实现产品信息共享和各单个 CAX 系统之间的信息双向传递,其中 CAPP CAFD是实现 CAD/CAM/CAPP/CAFD 集成的桥梁。CAPP 系统在进行工艺规划和 CAFD 系统在进行夹具设计时都需要准确无误地从 CAD 系统中获取产品(零件)的制造信息。目前,这种获取信息的方式有两种:一是特征识别技术,二是特征设计技术。特征识别技术只能对较为简单的单个特征进行有效识别,而在进行复杂、交叉特征识别时存在数据计算量大、难以准确识别等缺陷,即并不能准确、及时、完整地将产品设计特征映射成工艺规划所需的制造特征;而特征设计技术虽然从理论上可以解决特征识别所存在的缺陷,但是真正的基于特征的 CAD/CAM/CAPP/CAFD 集成系统还没有开发出来,主要原因是各单个 CAX系统对数据结构有其特殊而又严格的要求,统一起来并非易事。因此,本文提出通过构造广义特征使 CAPP系统从 CAD 系统中获取完整制造信息,实现准确、及时、完整的特征映射。

  1 特征映射

  特征映射是以特征具有的多视域特性为前提的,不同视域间的特征既有区别也有联系,特征在不同视域间的转换过程被称为特征映射。三维 CAD 系统在零件建模时虽然采用了特征设计技术,但有一部分构成零件模型的设计特征(如拉伸特征、旋转特征、扫描特征等等)并不能完全与包含了典型工艺方法(如钻孔、车圆柱面、铣型腔)的制造特征一一对应,也不能完全作为工艺规划的已知条件直接输入到 CAPP系统中,需要通过一定的规则(映射关系)和数据库(如特征库)将设计特征转化成工艺规划所需要的制造特征,也就是说通过特征映射技术才能得到工艺规划中所需的制造特征。

  1.1 零件设计特征

  ?零件设计特征是包含了丰富工程语义的几何体,涵盖了零件的管理信息(如零件名、零件编号、设计者、设计日期等)、技术信息(如零件的技术要求等)、材料热处理信息(如材料性能、热处理方式、硬度值等)、精度信息(如形位公差、表面粗糙度等)和形状信息。基于特征的零件设计过程可描述为:零件

  模型设计需求分析----分解构成零件模型的特征----从特征库中选择所需特征----将所选特征实例化----将所

  有特征实例加以组合----完成零件设计。构成零件的特征从数量上来看,是一个或多个;从种类上来看是多

  种类型特征(管理特征、技术特征、精度特征、形状特征等)的集合,且特征之间存在着特征联系。

  1.2 零件制造特征

  将某一工艺过程或其组成部分直接操作的对象称为制造特征,包括加工特征和装配特征。从机械加工的角度看,加工特征通常又被描述为一个封闭的三维空间体,当加工操作被执行完毕后,该加工特征多余的材料应该被切除干净。从零件视角看,制造特征的主体是加工特征,本文所阐述的制造特征亦即加工特征。零件加工特征从零件设计特征而来,理所当然继承了零件设计特征的所有属性。

  2 广义特征

  在基于特征的设计域中,特征存在着两个方面的不足:一是缺乏制造资源信息;二是对具备相同或相近属性的单一特征缺乏归一化处理。广义特征概念的提出,可以解决上述不足,从而建立起设计特征与制造特征之间的确定的对应关系。

  3 基于广义特征的工艺规划

  从 CAD/CAM/CAPP/CAFD 集成出发,通过特征映射,得到待加工零件的制造特征,从而建立由零件广义特征驱动的零件制造工艺模型。在制造特征库、工艺知识、工艺规则库的作用下,完成零件工艺文件设计。

  3.1 基于广义特征的零件工艺结构模型

  零件工艺规划以制造特征为基础,涉及到众多信息,如几何、材料、精度、热处理、制造资源等等。这些信息具有不同的层次,分布在工艺过程的相应环节。为了清晰地描述零件制造工艺的层次结构,本文采用工艺模型树的方法对零件工艺进行多层次、全方位的描述。在工艺模型树中,零件的制造特征是其广义特征通过特征映射后得到的单元特征,这些单元特征是已经定义好的制造特征库的元素,如圆柱、螺纹、凸台、槽、筋、倒角、组合体等制造特征,它们封装了完整的制造信息。

  3.2 基于广义特征的零件工艺设计

  在 CAD 系统里,已经定义了组成零件的各个广义特征。通过特征映射,将零件广义特征映射成为零件相应的制造特征。由于零件的制造特征已经封装了该制造特征完整的制造信息(包括工艺流程信息、精度、表面粗糙度、形状、材料、热处理等等),因此,从零件所有制造特征得到的制造信息的集合就构成了该零件整体工艺规程。但是,这些加工信息集合还处于无序状态,还需要对他们进行筛选、组合与排序才能形成最终的零件工艺文件。由于工艺问题的复杂性,筛选、组合与排序工作还不能完全实现自动化,需要人工进行干预。

  5 结束语

  本文针对传统设计特征自身不足及其映射后带来的缺陷,提出了广义特征的概念及其定义思想与方法。在广义特征的支持下,零件的描述变成了多个广义特征的组合,为基于特征的设计技术提供了又一有益、有效的途径。同时,广义特征的定义和建立,进一步明晰了 CAPP 系统工艺决策逻辑,简化了零件工艺规划过程,为 CAD/CAPP 的无缝集成打下了基础。但是,由于受工艺系统的复杂性、映射规则及工艺决策的局限性等诸多因数影响,在基于广义特征的零件制造工艺规划过程中,还不能实现工艺流程、工序等的自动生成,有待于做进一步的深入研究。

 

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