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基于特征单元的箱体类零件结构自组织设计

1 引言 智能CAD系统的效率在很大程度上依赖于零部件生成与修改的效率。用户在输入特征单元时，不必考虑特征单元中几何元素的确定位置，而只需保证其拓扑结构正确，同时交互输入相应的尺寸参数，通过尺寸参数值的变化来生成结构相同而参数不同的特征单元族。对于作为特征单元的标准件，因为数据有据可查，需将逻辑上相关的标准件按类建成数据库，并且进行互联编程，实现各模块间数据的有效变换。用特征单元模型可以自动模型化零件。根据模块化程序的形式可以保存和存储图形形状的描述。形状和尺寸在工程语义允许的范围内可以自动变化。这些特征单元具有功能、加工和形状特性。

经过对两个型号的冲剪机床的246个零件的研究，其中箱体类零件7个，利用特征单元能够建模的箱体类零件4个，经过对一种型号富阳起重机工具的88个零件的研究，其中箱体类零件5个、利用特征单元能够建模的箱体类零件3个，利用特征单元可以方便对产品因此零件建模。本文开发这个系统，对于将来的推广应用和进一步研究具有普遍意义。从温州冲剪机床厂和富阳起重工具厂应用实践表明，这个系统对于产品的开发和设计，是简单适用的。2 特征单元 基于特征单元的零件设计是产品设计的基础。特征单元是设计的最基本单元，也是加工的单元。铸造箱体类等很多零件都是从毛坯经过冷、热加工得到的。因此，根据合理化工程的哲理提取出同类零件相似的功能结构，作为基本的单元。可以减少由于设计者不同造成设计结果不同的零件数量爆炸的缺点，通过特征单元的产品建模，可以让设计者自由设计而设计的工程意义可以通过特征单元来保证，降低了系统对设计者的要求，提高了设计效率。部分箱体特征单元有外轮廓和内部孔等单元如图1a和图1b所示，详细见文献［6］。图13 基于特征单元的箱体类零件自组织设计 泵体、阀体和机体等机器或部件的外壳、机座、主体等均为箱体类零件。这类零件需要支承和固定其它零件，其作用是保证各个零件的相对位置以及传动的啮合精度，是一台机器中的重要拧下机油泵端面上的外6角螺钉部件，约占一台机器重量的一半左右。一台机器中箱体类零件设计的好坏与否，直接影响到一台机器的尺寸、重量、成本以及精度，所以设计时应综合考虑温度、强度、刚度使用要求及铸造、机械加工和装卸工艺多方面因素，但是箱体的结构和受力比较复杂，一次设计分析能达到产品要求还有一定差距，箱体零件具有微水洗车以下显著特点：

(1)内外形状较为复杂，毛坯多为铸件。由于结构复杂，一般需要三视图来表达一个完整的箱体零件。

(2)主要用于承托轴瓦、套和轴承等，容纳轴、齿轮、弹簧、叶轮和润滑油等，保护内部零件。因此常带有空腔、轴孔、内外承壁、肋、凸台等结构。

(3)常用的底板、底座和机架等与地面连接固定，因此常带有定位销孔、螺孔、光孔和凸台结构。

(4)为使轴承和运行零件得到润滑，在箱底和壁部有油标和凸台等。

箱体类零件特征单元的空间的位置难以确定低温，描述困难，但通过对箱体类零件的分析可知，箱体的总体轮廓形状大致为六面体形状，其余的特征单元分布在六个方位上。本文用方位层次树表达特征单元的分布。特征单元是构成零件形状的基本要素，箱体类零件的特征单元之间的关系分为两种，一种是主要的特征单元之间的邻接关系，一种是主要特征单元和辅助特征单元之间的从属关系；一个主要特征单元可能与多个其它主特征单元拼接，多个辅助的特征单元可能从属于一个主要特征单元。这种复杂的结构对于计算机内部处理极为不方便。利用方位层次树可以形成一个二叉树的数据结构形式。由于二叉树结构的各种算法十分成熟，因此，零件结构可以清晰表达。六个方位为上、下、左、右、前、后；其标识为1，2，3，4，5，6。简单箱体和方位二叉树如图2所示。图2 箱体及其数据结构 箱体的特征单元的总体形状是比较复杂，因此，总结归纳一些主要的轮廓形状作为基本的特征单元。辅助特征单元是具有许多相似的结构，因此，可以在不同箱体之间通用，保证设计的合理性和对尸检时取出的1个假体进行组织学分析未见炎性迹象减少工夹具数量，提高设计效率。箱体零件特征单元的自组织算法如下：

STEP 1：选择总体零件的外轮廓特征单元的ICON，输入参数。自动激发图形单元规则。

STEP 2：如果要进行拼接，则点选任意轮廓单元的内部区域。系统自动识别视图和区域；否则转移到“STEP 4”。

STEP 2.1：如果视图是方位1，则继续；否则转到“STEP 2.2”。