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南京理工大學(xué)泰州科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系　　部： 機(jī)械工程系 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 姓 名： 許巧兵 學(xué) 號(hào)： 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(píng)語(yǔ)： 所選原文資料內(nèi)容符合本畢業(yè)設(shè)計(jì)及專業(yè)方向要求，篇幅飽滿，翻譯用詞準(zhǔn)確，語(yǔ)句通順。 簽名： 2009年3月18日 注：請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。 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(xiàng)在CAD，CAPP和CAM應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)零件信息自動(dòng)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(jì)下游的生產(chǎn)計(jì)劃和零件設(shè)計(jì)者的角度不同，因此，特征轉(zhuǎn)化和特征提取方法用來(lái)以設(shè)計(jì)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(diǎn)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(wèn)題，并且提出了一個(gè)從設(shè)計(jì)特征模型中生成孔系加工特征的方法?？紫堤卣魇菣C(jī)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(jì)特征數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得。本文進(jìn)一步闡述了基于約束的方法來(lái)詳細(xì)說(shuō)明孔系特征模型，該模型從設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)提取出來(lái)，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(lái)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(shí)例中以及開發(fā)的一個(gè)原型CAPP系統(tǒng)上得到了驗(yàn)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(jì)和制造系統(tǒng)在機(jī)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(xiàng)在CAD，CAPP和CAM應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)零件信息自動(dòng)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?。它包含大量工程信息，幾何學(xué)和非幾何學(xué)，并且將CAD,CAPP和CAM系統(tǒng)有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)。然而，角度不同，對(duì)特征的定義也不同。設(shè)計(jì)特征是與零件的功能、設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)是基于特征的，如Pro/Engineer?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)意味著零件的設(shè)計(jì)是從簡(jiǎn)單的拉伸或旋轉(zhuǎn)（例如圓柱或長(zhǎng)方體）開始的，然后通過(guò)把特征，如孔、槽，添加到當(dāng)前設(shè)計(jì)的多個(gè)表面上來(lái)修改它。設(shè)計(jì)者詳細(xì)說(shuō)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(guò)特征轉(zhuǎn)化和特征提取將設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(gè)零件能用多個(gè)加工特征模型來(lái)表示。這些特征與零件的不同加工方法相對(duì)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(guò)對(duì)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(jì)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(duì)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?yàn)?，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(jī)床廠（GMTMF）機(jī)床制造中的兩個(gè)典型零件。孔系類型零件的特征轉(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(duì)變速箱零件，依據(jù)設(shè)計(jì)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(guò)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(wèn)題。文章第三部分給出了特征轉(zhuǎn)化中對(duì)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(jì)了一個(gè)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(jī)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(jì)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(lái)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(huì)提取和保留設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)特征包括了幾何和屬性并且在建模過(guò)程中可能對(duì)其原始的設(shè)計(jì)特征進(jìn)行修改，因此，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的最終零件模型可能與已用的設(shè)計(jì)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(gè)槽特征，該特征來(lái)源于型腔特征和槽特征的相互作用。由于這兩個(gè)特征的相互作用，最初的槽a1的尺寸是從型腔a通過(guò)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(jī)床上的零件的形式特征轉(zhuǎn)換。 設(shè)計(jì)特征 CAD系統(tǒng)特征模型 特征摘錄 設(shè)計(jì)特征 數(shù)據(jù)庫(kù) 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(shí)庫(kù) 加工特征 數(shù)據(jù)庫(kù) 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(jì)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(duì)于機(jī)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(qiáng)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(guò)對(duì)零件模型過(guò)程分析可知，零件模型中的設(shè)計(jì)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(gè)除料特征來(lái)生成變速箱的腔，用肋特征來(lái)生成變速箱的加強(qiáng)筋。對(duì)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(jì)特征庫(kù)中，孔特征中不包括同軸孔，只有許多獨(dú)立的沒(méi)有聯(lián)系的孔特征，盡管它們由同一個(gè)操作生成的。因此設(shè)計(jì)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(diǎn)主要來(lái)自以下兩方面：第一.孔特征是相互獨(dú)立的，在設(shè)計(jì)建模階段，這些孔之間的位置和語(yǔ)義并不是很明確；第二.建模過(guò)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(jì)中記錄的關(guān)系。目前，基于約束匹配的方法對(duì)于平面形狀特征轉(zhuǎn)換[14，15]是有效的。這個(gè)方法的核心是把形狀特征分解成幾個(gè)基本特征要素，例如面、邊和點(diǎn)，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(gè)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(gè)難題。 為了把包括孔系特征的復(fù)雜零件，從設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用到加工領(lǐng)域，首先必須對(duì)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(duì)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?cè)贕MTMF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(shí)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(gè)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€(gè)基礎(chǔ)特征能通過(guò)數(shù)學(xué)集合來(lái)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(diǎn)）。 圖4闡明了基本特征類型與機(jī)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(gè)或多個(gè)輪廓組成。如果面上有一個(gè)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(gè)面的一個(gè)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(shí)，面特征總在輪廓的右側(cè)。因此，尋找外輪廓是順時(shí)針?lè)较?，尋找?nèi)輪廓是逆時(shí)針?lè)较颉? 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(diǎn)：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(lái)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(duì)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(shí)例。因此，在特征求交時(shí)，原始特征中的一個(gè)約束會(huì)改變，但是只要約束特征類仍然存在，就不會(huì)影響到對(duì)特征類的正確識(shí)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(lái)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(gè)平面 b. 孔環(huán)是圓柱孔的端面環(huán) c. 孔環(huán)在一個(gè)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