[机械模具数控自动化专业毕业设计外文文献及翻译]【期刊】集成特征识别和特征设计的模块化建模方法-中文翻译_第1页
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文档简介

南 京 理 工 大 学 紫 金 学 院 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 系: 机械工程系 专 业: 机械工程及自 动 化 姓 名: 姚宇峰 学 号: 060104224 外文出处: Computers in Industry 39( 1999) 113125 附 件: 1.外文 资 料翻 译译 文; 2.外文原文。 指导教师评语: 外文翻译基本遵循了原文,用词较为准确,整体质量较好,但存在个别专业词汇不够准确、部分语句较生硬的不足。 签名: 年 月 日 注: 请将该封面与附件装订成册。 (用外文写)附件 1:外文 资 料翻 译译 文 集成特征识别和特征设计的模块化建模方法 1 引言 对于零件加工,加工特征起到连接 CAD和 CAPP的作用。因为 CAD数据处于一个低水平的格式,比如边界表示法。因此, CAD数据需要被转化为一个高层次的格式以便满足 CAPP的应用。 在特征识别的过程中,在设计结束后,特征从零件描述中被识别出来。因为CAD数据没有明确的提供特征信息,因此,特征信息必须要被识别和提取。所以,从 CAD模型中识别特征的方法和算法是非常关键的。旋转零件通常以 2D模型的形式来表述,旋转特征可以从零件的 2D轮廓或边界模式中来判别。人们发现识别旋转特征的方法可以用作旋转模式的识别,专家系统 /逻辑方法和基于图的方法的识别。最近,柱状 3D特征普遍用固体模型表示。 3D柱状特征的识别已经与搜索和匹配 3D表面邻接关系或体积模式的几何推理有关联。 Joshi、 Chang和 Tseng总结了 3D柱状特征的特征识别方法。 Sakurai和 Dave、 Trabelsi和 Meeran、 Wu和 Liu、 Dong和 Vinayan、 Qamhiyah et al、 Allada、 Anand代表着最近的方法。 特征识别方法有允许使用不同系统的 CAD作为输入数据的优势。方法本身没有限制设计者设计零件的几何。但是,识别程序始于一开始而且没有一个设计者的想法可以用来协助识别。设计的作用性信息不代表着特征数据,那样就需要在识别程序启动后解释一下。另外,在某些情况下存在不识别的结果。一个零件几何的一部分可能会由于一些参数和特殊方法的限制而不被识别。一些不被识别的结果可以发生在不同的情况下。 ( 1)设计的零件可能还没有完成或者由于设计者的错误而造成的零件的不正确。比如,一个设计者在设计一个槽指定了 2个面,但是 2个面不互相平行。那么如果特征识别方法搜索一个关于 2个面平行的模式,那么槽就不会被识别。 ( 2)也有可能存在不是预定义的特征,设计者可能给一个零件设计一个新的形状,那么新的几何将不会被特征识别方法所识别。 ( a)这种 方法四个阶段的所有流程 (b)整合模块化和模块化特征识别的模块化建模方法的所有流程 图 1 ( 3)该特征识别算法可能没有完成,比如,特征识别方法的推理和搜索方法不包括所有可能的情况。在某些情况下,由于特征的相互作用引起的边界变动而出现了不识别的结果。特殊的几何结构可能没有被定义而识别不了。如果有一个不识别的结果出现,那么一个恢复过程是必须的。 另一方面,在传统的基于特征设计的方法中,在创造一个新零件的过程中,特征就被包含在里面了。事先定义的特征是来自于一个图书馆并且操纵设计着一个零件。基于特征的零件的描述可以直接用在 CAPP 中。关于基于特征设计方法的回顾和讨论可以在 Chang、 Shah、 Roger 和 Shah 中找到。在一个典型的基于特征的设计中,可以用到设计中的形状被限制在个别的基本加工特征中。设计者可能必须得考虑不使用功能因素的加工观点的几何。然而,所有的形状是用基本的加工特征创造出来的,尽管那些形状可能经常使用组或者完成了的模型。 最近, Laakko、 Mantyla 和 De Martino et al 已经在讨论 基于特征的设计和特征识别的综合化 。在上述方法中主要讨论的主题是在基于特征设计的程序之后去识别和更新特征。目的是分开互动特征和在基于特征设计的模型中保持一组有效设置的特征。 Han 和 Requicha 提出的方法是在固体模型和设计特征中识别特征运用信息是否有用。主要思想是利用设计特征或人的干预来提示特征识别程序。 本文提出了一种新的方法。第一个想法是加强提供给设计者的技术支持。这种方法是基于设计者对功能设计观点中的功能模块比较熟悉的基础上发展起来的。那样对于一个设计者来说在设计中使用功能模块比使用个人加工特征要方便的多。从功能观点来看,一个功能模块在一个零件中起着一个独特的作用。从加工观点来看,一个功能模块可以看做是一个包含一组基本的加工特征的复合特征。在这种情况下,复合特征经常出现在设计中,这个特征可以被定义为一个协助设计程序的模块。 第二种想法是简化特征识别程序上的负荷。数据显示对于一个固定的产品类型,例如电机轴,只限制了功能模块的存在。每个功能模块只限制了加工特征的存在。因此,特征识别方法可以简化为申请仅有的必须的特征识别和只在每个单一的模块上搜索。在典型的特征搜索方法中,经常尝试去开发一个方法,这个可以方法尽可能复杂和完全的去识别尽可能多的特殊例子。在这种新方法中的想法是去取消执行十分复杂的特征识别和搜索整个零件的必要性。基于每个模块的特征,只有必须的特征识别程序才会在每个模块上执行。因此,该设计采用增强模块的设计理念,只识别每个模块上的加工特征简化了特征识别。 在这种方法中,四个阶段中执行了两个阶段。在第一个阶段中分析了存在的零件。模块创造阶段和模块特征识阶段仍在运行着。在应用阶段,新零件可以被创造出来。模块阶段的设计和 CAPP 的准备阶段也在运行着。四个阶段的流程图显示在图 a 中,方法的整体流程显示在图 b 中。 在下面的介绍中,四个阶段都被讨论了。在电机轴的设计和流程规划环境上实施这个方法同样也被讨论了。最后,结论将在第 7 节中得出。 图 2 使用范例 A 说明一个电机轴被分成五个功能环节 2 模块创建阶段 首先,零件的类型被分析了并且分解成几个孤立的功能环节。每个环节执行着不同的功能和在整个零件中扮演着一个独特的角色。在每个功能环节,几何形状可能会变化。不同的几何形状可以执行着相同的功能但是可能会随着它们自身的详细几何形状而变化。这些不同的几何形状被叫做功能环节的功能模块。在这个阶段,各种功能模块都为了每个功能环节而创造出来。 从另一个观点来看,一个功能模块可以看做是一个包含着一系列的基本加工特征的复合特征。每个功能环节为了确定它的几何和加工特征而分析。 图 3 设置五个环节的每个模块装置的部分 举个例子,一个电机的轴可以被划分为 5 个功能环节。 5 个功能环节可以命名为 LE 环节、 LB 环节、 C 环节、 FB 环节和 FE 环节。电机轴的每个环节的详细功能是很长的而且不会在这里讨论。为了确保一个有用的表决,这次任务需要和设计者和制造商详细的讨论。在表决之后,每个环节在轴中执行着一个独特的角色但是可以结合在特殊考虑下的详细几何而设计不同角色。一个不同的几何图形为功能环节构成了一个可能性的功能模块。用一个电机轴作为插图,五个功能环节如图 2 所示。 设置五个环节的每个模块装置的部分 如图 3 所示。总结这个阶段的程序如下所示。 ( 1)根据功能设计的概念把一个零件划分为几个功能环节。一个零件划分成n 个环节并且标记为 S1,S2,S3Sn。比如说,一个电机轴可以被划分为 5 个环节标记为 LE,LB,C,FB 和 FE。 ( 2)为每个功能环节设计功能模块。在每个环节,环节可能结合基于不同详细考虑的不同的几何形状来设计。每个不同的设计就是每个环节的模块。因此,对于每个 Si 环节,各种 Mij 模块被创造出来。 环节 S1:模块 M11, M12 环节 S2:模块 M21, M22 环节 S3:模块 M31, M32 环节 Sn:模块 Mn1, Mn2 作为图 3 的插图,在一个电机轴中,不同的模块为每个环节创造出来。 对于 LE 环节,模块 LE1,LE2,LE3LEn 被创造出来了。 对于 LB 环节,模块 LB1,LB2,LB3LEn 被创造出来了。 对于 C 环节,模块 C1,C2,C3Cn 被创造出来了。 数据显示这种方法比较适合固定的产品类型。在实际情况中,每个环节的不同的模块数可以被一组受限制的数字所控制。根据当地一家电机制造公司的数据显示。尽管电机的尺寸在 5 到 150 马力之间变化,轴中一个环节中的不同模块数目在 20 之内。主要的原因是一个环节的主要功能被确定了,然后主要的形状通常也就固定了。那样,模块形状的变异可能只是在细节上了。自从负载侧通常是以顾客为中心的,最大的数目经常出现在 LE 环节上了。经过对所有章节的所有模块创建之后,所有的模块都投入了下一阶段的特征识别。 3 模块化特征识别阶段 在这个阶段,一个特征识别的方法应用在前一阶段创建的每个模块的边界表示数据中。从加工的观点来看,每个模块是一个复合特征而且是对应着一组加工特征。每个环节有它自身鲜明的特点。只有限制了存在于每个环节中的模块的基本加工特征的类型。因此,特征识别方法可以简化为只采用必须的特征识别和在一个明确的环节中搜索。有一种方法使用边缘邻接图去识别,区分 2D 加工特征呈现在下面。 ( 1)一个模块的 2D 边界表示数据是从 CAD 系统中检索出来的。 2D 的几何数据用坐标 (x, z)表示用来输入到识别方法中。由于零件是旋转的而且零件的边缘是对称的,只有上半部分能输入到程序中。 ( 2)模块的边缘是从右到左变化的。模块的边缘被划分为线性边缘和圆弧边缘。邻接边缘的邻接关系就被确定了。边缘可以被划分为凸邻接或凹邻接。如果从外部测量的零件的边缘之间的角度是小于 180 度,那么两边缘是凹邻接,否则

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