面向特征的钣金零件信息模型

面向特征的钣金零件信息模型

0cad/创新过程模型近年来，功能技术发展迅速，利用具有一定技术意义的功能作为基本结构单元，建立了产品信息模型，并将传统的几何数据与加工特征信息有机结合。实现了cal-rom信息的整合。但如何组织特征本身所具有的各种信息,以及特征间相互关系的描述,则是特征技术走向应用的关键之一。本文针对钣金零件的特点,采用面向对象技术对钣金零件进行特征分类,建立相应的特征模型结构来描述钣金零件的几何形状、工艺、材料等信息。1博弈零件的本构模型就一般而言,机械零件的主要特征分类应包括几何形状特征、精度特征、技术特征、材料特征和管理特征5大类。这种分类方法能比较完善地描述出零件的信息。钣金零件是机械零件中的一个重要组成部分,与一般的机械零件相比,钣金零件是由金属板料经冲压、折弯加工制造而成,一般是厚度均匀,且没有内体素。由于钣金零件主要用于产品部件的外覆盖件,相应地这类零件没有很严格的公差要求,而且对材料也不要求作特别的技术处理(热处理等),所以确定其特征时可不考虑精度及技术特征。1.1平面特征与平面连接特征的关系如果将钣金零件抽象为零厚度的话,则钣金零件的形状就可看成为一些有界表面集合而成。这些表面包括一般平面、连接面、成形面等,所以钣金零件的主要几何形状特征就是面特征(不考虑自由曲面)。它描述钣金件的各个板面的外轮廓。而平面与平面之间的连接特征(折弯面、焊接面)确定了平面特征之间的关系及连接方式,这是有由加工方式所决定的。零件的平面特征中有各种的内轮廓特征(孔、矩形槽、长圆槽等)、缺口特征(矩形缺口、不规则缺口等)和冲压特征(球形冲压、垂直冲压等)。这些特征形状、加工方法都有所不同,但应从属于平面特征。另外在钣金零件中常常存在多个相同的内轮廓特征按一定的规则(沿直线均布或圆周均布)分布在板面上。为了设计和表达方便,我们还定义了线性阵列特征和圆周阵列特征。另外钣金零件相连接的平面特征之间可能根据某种要求需要开槽口。显而易见,这种连接槽口特征则与上面所述的平面槽口特征不一样,它不属于某一平面特征,而是由多个平面特征所共有的,因此在特征表达上要区分开来。1.2材料属性钣金零件的材料特征主要描述了板材的品牌、材料、相关的机械性能指标(折弯系数、最大剪切力等),这些数据是钣金展开、工艺分析的主要依据。1.3设计、设计、设计、设计、设计、设计、设计、设计单件信息,以及本构模型的编码或设计单钣金零件管理特征描述的是零件的管理信息,如设计者、设计日期、设计图号、零件名称等。它是产品数据管理(PDM)从设计图中提取的必要信息。2特征类结构分析现在我们就根据面向对象的概念和设计思想引入特征类及特征对象的概念来描述钣金零件的特征信息。首先,对所有具有共性的特征进行分层次的抽象,定义出相应的(虚)基类,负责管理相应一级的数据和行为。例如,虚拟特征类是所有特征共性的抽象,表达所有特征的共有属性。同样,可以定义虚拟几何形状特征作为所有几何形状特征的共有基类。它并不是单单指纯粹的形状表示,而应是附有特定信息的几何形状信息集合。它力图表达出除几何形状外的更丰富的信息,如设计意图、设计记录、拓扑结构等。这样的特征表达才是一种通用、合理且具有扩展性的表达方案。以此类推,我们根据钣金零件的特征分类以及面向对象的设计思想建立相应的特征类体系结构,如图1所示。特征类体系结构只体现出钣金特征类的继承关系,并不能反映特征实体之间的拓扑关系。而特征实体之间的拓扑关系是由特征类的数据成员和方法(行为)定义表达出来的。平面特征平面特征首先包括了面板的外轮廓的组成信息和工艺信息,如总长、面积、轮廓描述等。其次,平面特征类数据成员中的内轮廓链表、缺口链表记录了该平面对象的各种内轮廓、缺口信息。而连接特征链表则描述了该平面特征对象与多个平面特征对象相连接(焊接或折弯)的关系。我们以一个主要的基准平面作为主平面,那么一个钣金零件则可表示成一棵多叉树。主平面就是多叉树根节点。连接特征连接特征分为焊接特征与折弯特征,它记录了平面特征之间的连接方式、定位尺寸、定型尺寸等。其中定位尺寸是指连接线位置尺寸、连接线的方向矢量等;定型尺寸则包括连接角度、连接长度、折弯角度等信息。钣金零件的折弯槽口是依附于折弯特征而存在的,因此在折弯特征的数据成员中定义了折弯槽口特征指针,建立折弯槽口对象链表以描述出该折弯特征对象上所开的槽口。内轮廓特征内轮廓特征并不是钣金零件中实际存在的特征,它只是把各种内轮廓特征如孔、矩形槽、长圆槽等的共性抽象出来而形成的基类特征。它记录了内轮廓所属的父平面特征对象和其工艺信息。由图示的钣金零件可以看出,某些内轮廓特征对象具有翻边,因此内轮廓特征的数据成员中应建立相应的数据链表以记录翻边信息。但我们并没有定义翻边平面特征类,这是因为内轮廓翻边可认为是某一边上进行了一般的折弯操作。所以,翻边平面数据链表实际上是折弯特征链表。冲压特征冲压特征是在平面上直接通过冲压成形加工形成的,是不可展开的内轮廓特征。在钣金零件中存在有许多的冲压特征,由于模具形状不一,从而造成了冲压特征的多种多样,给造型带来困难。在钣金零件中,主平面包含了多种内轮廓特征(孔、长圆孔、矩形槽、球形冲压、冲压槽)和缺口特征,并通过折弯特征与两个子平面相连接。在其中一子平面与主平面相连接的折弯特征对象上包含了一个折弯槽口对象的数据成员;而在另一子平面的不规则槽口上具有翻边,故该槽口对象的数据成员含有一折弯特征对象与翻边平面(平面对象)相连接。3pplain零件展开图生成算法在钣金CAD/CAPP/CAM系统中,精确地、完整地生成钣金零件的展开图是后继的工艺排样、工艺生成和加工仿真所必需的前提之一。根据上述的模型,钣金零件可表示成由平面特征对象组成的一棵多叉树,主平面则是多叉树的根节点。那么对于多层平面连接生成的钣金零件的展开可通过平面特征展开算法的递归过程进行处理,这实际上类似于多叉树的深度优先遍历算法。平面特征的展开算法(假设函数为Spread(PlainFeature*pplain,GeomtryRep*spreadresult))大致步骤如下:a.生成pplain平面;b.处理所有pplain平面的缺口特征;c.处理所有pplain平面的内轮廓特征,如果内轮廓特征存在翻边则先递归调用翻边平面的Spread()函数,再将翻边平面进行展开尺寸计算并作几何矩阵变换,实现翻边平面与pplain平面的展开;d.逐一遍历所有的连接特征,递归调用连接平面的Spread()函数,生成连接平面及其子孙的展开图后,进行连接平面的展开尺寸计算并作几何矩阵变换后,实现该连接平面与pplain平面的展开;e.返回展开结果实体。可见,展开图的生成只需调用Spread(mainplain,spreadresult)即可,其中mainplain指向主平面。钣金零件展开图生成算法要充分考虑板材的物理性质。钣材进行的折弯加工,实际上是一个塑性弯曲变形的过程。在折弯加工的过程中,板材存在一应变中性层,它的尺寸保持不变。因此,零件的展开尺寸实际就是折弯后零件的中性层尺寸。由于钣金零件的尺寸标注并不是以中性层尺寸来确定,所以钣金零件展开时要根据尺寸的标注情况进行两者的尺寸换算。中性层的尺寸数据(一般为中性层系数)则从材料特征中读取。另外,求解钣金零件展开时要考虑零件的加工工艺。钣金零件中,某折弯操作可能引起材料堆积现象,使折弯边