支持自顶向下CAD技术.doc

支持自顶向下的 CAD 技术，首先从概念设计阶段入手，应进行功能分解，即通过设计计算将总功能分解成一系列的第一级子功能，确定每个子功能参数，其次进行结构设计，即根据总的功能及各个子功能的要求，设计出总体结构(装配)及确定各子部件(子装配体)之间的位置关系、连接关系、配合关系。位置关系、连接关系、配合关系及其它参数通过几何约束或参数约束等来确定。构成装配特征的几何特征面：圆柱面，圆孔面。装配约束：约束UF_ASSEM_center）。连接关系、尺寸关联链（直接关联、间接关联）特征是由一定的几何、拓扑信息与一定的功能和工程语义信息所组成的集合,是定义产品模型的基本单元。它包括形状、尺寸、精度、装配、材料、工艺、制造、管理等方面的内容,易于CAD/CAPP/CAM的集成。形体特征是诸多特征中最重要的一部分,复杂的产品完全可以通过简单的形体特征来实现,这些简单的形体特征可以概括为拉伸、旋转、倒角、扫描、台阶、孔、肋、管、螺纹等。而制造特征包含着在制造方面的诸多属性。从制造角度考虑,制造特征有型腔、台阶、槽、孔、倒角等。制造特征的引入,使设计与工艺思考相吻合,方便了数控加工。2弹尖支径计算(1) 圆心在起弧线上(即圆弧与圆柱部相切)（a）(2) 圆心在起弧线下（b）式中各种铅件形状 a为普通枪弹铅套 枪弹装配分为两大部分，即弹头装配和成弹装配。将枪弹弹头诸元件按产品固要求装配并结合成一个整体，从而获得弹头最后尺寸、形状和质量的工艺过程的总合称为弹头装配。将枪弹的全部元件(弹头、弹壳、底火、发射药)装配成一整体，使达到枪弹员终的、符合产品图规定的形状和尺寸的工艺过程的总合称为成弹装配。枪弹装配分为弹头装配和成弹装配。弹头装配通过收口形成尾椎固定，有的有紧口沟；成弹装配需要弹壳涂内口、弹头涂外口，过盈配合拔弹力还不够需要紧口与罩口。弹壳强度曲线形成 普通弹弹头结构如图：(a)为步枪弹，由弹头壳1、铅套2和钢心3组成。(b)为手枪弹，由弹头壳和铅心组成。以普通弹弹头为例，它是由钢心，铅套和弹头壳三件组成，其中软材料铅套处于两个硬材料之间，当压人弹头完时，铅套易于流动，必然会填满钢心和弹头完间的空隙，从而提高弹头重心位置的一致性，提高射击密集度。m193枪弹，5.56mm51式7.62手枪普通弹59式9mm手枪弹64式7.62手枪弹56式7.62普通弹56式7.62穿甲燃烧弹56式7.62燃烧曳光弹56式7.62曳光弹（A）56式7.62曳光弹（B）53式7.62普通弹按照冲压零件的形状特点,可将冲压零件形状特征分为以下五类:(1)平面类:整体形状为平板,平面区内可有孔、凸起、凹陷等辅助形状特征。(2)弯曲类:通过弯曲工艺(包括卷边、卷圆等)制成的形状。(3)拉深类:通过拉深工艺制成的形状,一般由法兰、壁部和底部组成。(4)翻边类:通过翻边工艺制成的形状。(5)自由曲面类:通过拉深工艺制成的不规则形状。冲压成形条件主要包括:冲压方向、摩擦、压延筋的位置、压边力大小等等。56式7.62高压弹56式7.62强装药弹53式7.62高压弹53式7.62强装药弹56式7.62空心弹54式12.7穿甲燃烧弹54式12.7穿甲燃烧曳光弹56式14.5穿甲燃烧弹56式14.5穿甲燃烧曳光弹54式12.7标准弹56式14.5标准弹54式12.7高压弹54式12.7强装药弹56式14.5高压弹56式14.5强装药弹7.62mm转轮手枪弹（运动弹）5.6mm运动步枪弹（运动弹）5.6mm运动手枪竞赛弹工艺补充设计由现成的三维线框模型或采集原始数据点构造三维特征线框模型,用UG曲面造型功能,如MESH、SWEEP、BLEND等完成零件三维设计;在零件设计的基础上,结合零件工艺图和模具图完成各道工艺补充数模设计;将三维数学模型转化为IGES文件格式或其他格式传送到模具中心进行NC加工编程 关系到零件能否成型及拉延出的零件质量的好坏NC流程图零件装配。一套模具一般由多个子装配构成。在设计中,子装配的名字应反映零部件功能,这样便于识别,避免混乱。UG软件提供了丰富的装配功能。零件装配条件可根据零件间配合关系确定。如同轴(ALIGN),共面(MATE),距离(DISTANCE),中心(CENTER),角度(ANGEL),垂直(PERPEN-TICULAR),相切(TANGENT)。零件静态干涉检查。完成零件装配后,需对装配进行干涉检查。UG中的装配干涉检查(ASSEM-BLY CLEARANCE)功能可以方便的检查各零件间静态干涉情况,及时更改设计。图6为车厢外板切边冲孔模下模座。冲压零件的毛坯展开计算是冲压工艺设计的一个重要环节。精确的毛坯形状不仅能够节约原材料,减少成形后的修边工作量,而且可以改善成形条件、提高成形质量。因此,研究开发冲压零件的展开技术,具有重要的意义。按照冲压零件的形状特点,可将冲压零件形状特征分为以下五类:(1)平面类:整体形状为平板,平面区内可有孔、凸起、凹陷等辅助形状特征。(2)弯曲类:通过弯曲工艺(包括卷边、卷圆等)制成的形状。(3)拉深类:通过拉深工艺制成的形状,一般由法兰、壁部和底部组成。(4)翻边类:通过翻边工艺制成的形状2。(5)自由曲面类:通过拉深工艺制成的不规则形状。创建模具总装配框架用户创建模具总装零件 asm_Blanking_compound_die， 进入 UG-assemblies，通过 UG-assemblies 工具条上图标“创建组件 ”如图 2-1 所示，建立 4 个子装配 product、layout、upper_die、lower_die，分别对应产品、排样、上模部分、下模部分产品排样设计将 product 作为工作部件， 进入 product 部件， 利用 UG-modeling建模或导入已绘制好的部件文件，如图 2-3 所示。进入 layout 部件，进行排样设计。 为了使排样与产品部件产生关联， 以方便修改。 通过 UG-assemblies 中 wave 几何链接器关联复制product 文件中零件的外轮廓， 并进入草图模式进行产品零件的排样设计，如图 2-4 所示模具成形零件的设计本案例中模具设计为倒装复合模， 因此在上模 upper_die 部件中创 建 落 料 凹 模 和 冲 孔 凸 模 , 分 别 命 名 为 blanking_die 和piercing_punch； 在下模 lower_die 部件中创建凸凹模部件 ， 命名为punch-die，如图 2-5 所示。进入凸凹模部件 punch_die 文件中，运用 wave 几何链接器，关联复制排样中零件外轮廓和中间孔的曲线到 punch_die 中。 通过 UG-modeling 进行建模，创建出凸凹模零件实体，如图 2-6 所示按 照 同 样 的 方 法 创 建 落 料 凹 模 blanking_die 和 冲 孔 凸 模piercing_punch 部件，如图 2-7 和图 2-8 所示。总体思路流程关于工艺信息（如加工方法、设备信息、刀具信息、工艺参数等）机加工工艺信息在三维环境下的标识方法工艺信息包含在信息模型中，具有统一的表达方法，且与模型特征直接关联；制造人员可以直接在模型上获得对应特征的工艺信息，用于加工制造机加工工艺设计过程一般包括工艺性审查、工艺路线确定、工序设计等阶段，在不同阶段确定相应的工艺信息。在工艺性审查阶段，根据零件的生产特点确定零件生产类型（大批量、小批量等），提取零件加工特征进行加工工艺性分析，确定对应的加工方法；在工艺路线确定阶段，选择零件定位、测量和装配基准，确定零件加工工序序列，确定工序加工余量和毛坯尺寸，根据零件加工精度要求划分加工阶段（粗加工、半精加工、精加工）；在工序设计阶段，由加工方法和零件精度要求依次确定各工序的机床设备、刀具、夹具和量具等工艺装备，并由工艺尺寸链计算各工序尺寸及公差；在切削参数确定阶段，根据工序尺寸确定工步序列及对应的切削参数；在辅助信息确定阶段，确定加工过程中切削液、工时定额、经济分析等信息。工艺信息!集成平台的设计与开发是一个工程性很强的问题,应在大量的CAPP工程应用实践的基础上,建立完整的技术体系作为工艺信息集成平台设计与开发的指导.工艺设计#与管理:这方而的需求集中于如何利用信息!技术辅助工艺技术系统快速的产生和处理相关的信息!,并进行有效的管理,同时一保证应用系统的快速开发和开放性,实现一仁艺信息管理的全而数字化。卫艺仿真与优化:对工艺规划的过程在实际操作之前,可能需要进行仿真优化,如装配规划!NC加工_等这种需求从软件的角度,它需要专业化的系统。制造工艺信息系统是以各专业工艺的计算机辅助设计为基础,实现包括基础工艺信息管理!面向制造的产品结构管理!材料定额!工艺分工!工艺流程管理等工艺管理功能,并全而支持制造过程数据管理,其中,工艺业务流程的管理是制造工艺信息系统组织与运行管理的核心,制造工艺信息系统需要利用CAD产生的图形!三维模型!工程图纸!数据文件!参数文件!特征信启!等进行工艺设计与管理,需要建立工序与CAM系统产生的装夹图!工序加工模型!工具文件!工序加工指令文件等的联系,并实现二7_艺数据与PDM!ERP的共享和集成体系应实现基于知识的新型智能化工艺设计技术,进一步提高J_艺设公卜的智能化!自动化和标准化程度,它包括基于三维特征的参数化工艺设公!基于典型工序/工步组装的艺设计技术!_仁艺知识处理技术!满足工艺设计个性化需求的人机工程技术一 基于特征的参数化工艺设计基一于产品的数字化模型,结合典型产品零件,建立制造工艺特征模型!广义加工元模型,以及典型产品零件的制造/工艺特征库!广义加工元库,并以此为基础进行基于三维特征的参数化工艺设计技术研究,实现基于三维特征,具有参数关系设定与匹配等功能的智能化工具支,是实现数控编程自动化的技术基础二 基于典型工_序:/I二步组装的工艺设计技术基于知识的模块化工艺设计技术是指在几艺设计过程中利用模块化的工艺知识实现工艺的快速设计墓于典型工序/工步组装,并综合运用交互式!检索修订式以及智能决策方式是基于知识的新型智能化工艺设计技术的核心内容,它包括支持工艺快速设计一的工艺知识分类与总结,工艺典型化方法与基本分类,典型二1_序/工步总结及组装,模块化知识的自动分析与提取等,它可实现工艺的快速设计并提高工艺的标准化程度工艺数据的结构化是指工艺设计一产生的工艺数据以制造企业工艺信息!化模型中的逻辑关系在数据库中以结构化的方式进行存储,可以保持工艺数据的单一数据源,实现工艺数据的有效管理,如工艺数据的统计汇总!制造BOM的管理以及工艺路线!材料定额!工时定额等信息的集成与共亨、制造企业在生产过程中,需要准确的产况:结构!零件分类!工_艺路线!工艺装备!材料定额和工时定豁信息。物料清单（-BillofMaterial,BOM)是组织产品数据的重要形式,它应包含产品设计信息!和工艺信息,是联系设计!工艺!生产等部门的重要纽带BOM可显示制造阶层关系!用料依据,可计算企业成木,是制造企业最重要的基础数据零件层上建立每个零件的总体信息!管理特征!材料特征!表面要求!特征信息!尺寸一位置公差模型开放体系结构是二次开发的关键,它由所提供的二次开发工具支持 使用VisualC+6.0 (简称vc+6.0)作为开发环境,其编译!连接以及调试均在vc+6.0中进行 二次开发基于标准的WindowS动态连接库机制,用户开发的应用程序是一种动态连接库,加载后进入内存,它们之间采用消息传递机制直接进行进程内通讯,卸载后又释放掉所占用的系统资源二次开发的程序可以与其它应用程序无缝集成在一起的,成为应用程序的一个功能模块,保证执行速度和运行效率装配工艺卡片的自动生成可以采用 2 种方案.一种方案是在 Windows 平台上开发一个独立于商用 CAD 系统的应用程序, 为装配工艺人员提供一个生成与编辑工艺卡片的交互式系统; 另一种方案是基于商用 CAD 平台开发装配工艺后处理器. 由于后一种方案可以在同一环境下对零部件实体模型进行操作, 能够实现装配工艺规划及其后处理的紧密集成, 因此, 选择后者作为设计方案.在考察了众多的商用 CAD 平台的基础上, 选择了 UG 作为开发装配工艺后处理器的平台. 这主要是基于 UG 平台的装配序列功能以及装配布置功能. UG 的装配序列功能是以序列化的方式来表达组件的装配顺序与装配运动. 根据序列化信息所产生的装配动画, 可以很形象地表达组件的装配顺序和装配运动. 为操作方便, 通常是按可拆即可装的原则来创建装配体的序列, 如下图所示. 在装配序列化过程中, 可以使 序列导航器中的 运动节点对应一个组件的拆卸动作( move) ; 序列组节点对应一个拆卸工部( station) 即完成一个或多个指定部件的拆卸工艺操作过程. 序列化过程将生产装配工艺卡片中必不可少的装配工艺信息.U G 的装配布置用于指定组件在装配体中的不同位置及其它组件的抑制状态. 例如, 可以将图 1 所示 3 个行星齿轮所处的位置及其它组件的抑制状态定义为一个装配布置. 装配布置的创建也可在创建装配序列化过程中进行捕捉, 可以在每个序列组生成之前定义一个装配布置, 一个拆卸组对应一个装配布置. 可以使用装配布置信息来生成装配工艺卡片中目标装配体的相应视图.装配工艺卡片的自动生成U G / O pen A P I 是 U G 为用户提供的一种主要开发工具. 根据 UG 的序列化功能及装配布置功能,采用链表式数据结构定义拆卸工部, Station 节点的数据结构为:ty pedef struct V A _station_datatag _t arrange_t ag ; / / 装配布置标识char arrange_name132 ; / / 布置名称tag _t view _tag ; / / 视图标识char view _name 50 ; / / 视图名称tag _t disassem bly _station; / / 拆卸节点标识uf _list _p_tcomp_tag s; / / 组件标识链表intcomp_num; / / 组件数量V A _st at ion_dat a * next; V A _station_data;应用程序首先需要进行的是 Station 链表的初始化工作, 即根据装配体的序列化操作读取装配布置信息以及装配序列信息, 填充到每个 Station 节点的数据结构中, 具体步骤为:a. 调用 UF_ASSEM_ask_arrangements_in_part( ) 函数, 查询装配部件的装配布置信息, 为 Station链表分配内存, 并按倒置顺序将装配布置信息填充到 Station 节点的数据结构中.b. 调用函数 UF_ASSEM_ask_active_sequence( ) 及函数 UF_ASSEM_ask_steps( ) , 查询装配部件的装配序列信息, 将序列节点类型为 拆卸即 UF_ASSEM_D ISASSEMBLE_STEP 的标识, 按倒置顺序填充到 Station 节点的成员变量 disassembly_station 中.c. 遍历装配序列的所有节点, 如果节点类型为运动即UF_ASSEM_MOTION_STEP, 将其所对应的组件标识填充到一个对象标识链表中, 如果节点类型为 ”拆卸, 获取该节点所对应的 Station 节点的指针, 将前面获取的对象标识链表按倒置顺序填充到 Station 节点的数据结构中, 即按装配顺序将该工步所包含的所有要装配的部件的标识, 填充进组件标识链表 comp_tags 中.完成 Station 链表的初始化工作, 即可打开如下图所示的 装配工艺卡片生成 对话框, 为每个装配布置设置相应视图. 在该对话框中, 单击 装配布置列表中的装配布置, 即可查看该装配布置所对应的St at ion 节点的相关信息. 双击该装配布置, 可在U G 的图形窗口中显示, 查看相关部件在装配体中的位置和排列.装配布置给出了某一工步Station 下, 相关装配部件的位置与排列, 但要生成装配工艺卡片, 必须为该装配布置设置合适的视图以进行显示. 此时, 可在装配工艺卡片生成对话框中单击 装配布置对应视图列表框中的选项, 在打开的对话框中为装配布置选择用户已经定义好的命名视图.有了装配布置及其对应的命名视图, 调用函数U F _DRAW_import _view ( ) 即可生成该工步 Station 所对应的视图, 即工艺卡片中的视图. 工艺卡片的边框表格是可事先创建一个图样文件, 使用函数uc5823( ) 自动导入. 表格中的信息可调用函数 U F _DRF _create_note( ) 填入. 工艺卡片中的明细表可以调用函数 UF_PLIST_create_from_template( ) , 从一个定义好的模板来创建, 使用模板来创建明细表的好处在于可以向明细表中添加信息, 如装配某一部件所使用的工具信息, 并且信息保存在部件文件中, 由 UG 内部的引用机制来管理, 降低了系统维护的复杂性. 调用函数 UF_PLIST _add_object( ) , 可以向明细表中添加该工步所包含的需要装配的组件标识, 最后更新明细表即可生成该工步所对应的明细表. 对于工艺卡片中的序号, UG/ Open API 没有提供相关的函数来创建, 但使用UG 命令 自动零件标号, 选择由系统生成的明细表, 即可自动为相关的部件添加序号, 使用起来也相当方便.装配模型的建立及装配工艺规划的实现虚拟装配系统功能的实现, 关键在于建立合理的装配模型. 仔细考察 UG 的装配序列化功能可以发现, 对目标装配体装配/ 拆卸工艺过程的描述应该分为 3层. 组件在装配/ 拆卸过程中的一次具有确定变化规律的运动称为一个 Move; 若干个 Move 组成一个部件的装配/ 拆卸工艺过程, 称为 Step; 即工厂技术人员习惯上所说的装配 工步下面紧跟着细分的 序号. 若干个工序 Step 对应一个 Station, 即完成一个或多个指定部件的拆卸工艺操作过程. 也就是工厂技术人员习惯上所说的装配 工步.基于以上描述, 可以建立系统的装配模型结构如下图所示.使用双向链表来表达此拆卸和装配工艺规划过程, 通过链表的修改、插入和删除, 可以非常方便地实现对装配规划过程中 Step 及其包含 Move 的修改、插入和删除. 从而实现在一次规划操作不准确时, 在后续的操作中可以对已经建立的工艺过程进行编辑. 并且, 整个装配工艺规划的结果, 可以以文本文件的形式进行保存.装配仿真从可视化角度研究产品的可装配性,将整个装配规划过程以动画的形式进行再现, 使设计者对产品的装/ 拆过程有一个非常直观的认识. 装配部件的运动是一个连续过程, 系统将其处理成一系列离散的运动状态, 再由它们形成视觉上的连续效果. 所以, 装配元件位姿变化的处理顺序为 连续离散 连续. 装/ 拆运动效果即依此顺序产生. 某一具体的运动段内, 可按一定步长 将部件运动细分为一系列位姿子关键点S 0,S 1 ,S 2 , ,S n , 此即连续运动的离散化. 由部件的动规律不难求得 Sk( 0 k n) , 再经过图形变换即可确定部件与装配基体之间的空间位姿关系 .在系统中, 用一个 11 元组S定义部件的装/ 拆运动:Move = (X dt , Y dt , Zdt , M t , X pr , Y pr , Zpr , X dr ,Y dr , Z dr , M r )(X dt , Y dt , Z dt ) 为平动方向矢量; Mt为平动位移量; (Xpr, Y pr , Zpr ) 为转轴上的一点; ( Xdr, Y dr ,Zdr ) 为转轴方向矢量; M r 为转动位移量. 可以看出, 使用 11 元组能表示 3D 装配空间所有的运动形式, 如简单的平动、转动, 以及既有平动又有转动的复合运动; 另一方面, 它所描述的转动, 合成与分解是完全一致的, 便于关键点之间的运动细化处理. 这样依次生成并显示 Sk处的目标装配体, 就得到了装/ 拆运动过程的一系列中间画面. 这样, 当步长足够小时即可形成连续的运动视觉效果.U G / Open API 提供的间隙分析功能, 可以分析部件之间的间隙来判断部件间是否发生干涉. 所有与间隙分析的数据都保存在间隙分析数据集( clearance analy sis) 中, 在分析之前设置好检查对象、检查模式和间隙区大小等选项, 随后即可调用函数 UF_CLEAR_do_clearance_analysis( ) 进行间隙分析. 对于产品装/ 拆工艺过程的动态干涉检查, 无外乎在装配仿真离散化的关键点进行静态干涉检查, 在检查过程中, 为使用户可视化地查看干涉发生的部位, 调用函数 UF_DISP_set _highlight( ) , 可以高亮显示相关部件发生干涉的面, 提高干涉检查效率. 干涉检查过程中计算得出干涉量, 可生成系统的干涉检查报告.模型与尺寸参数库的双向关联在现代 CAD 系统中, 无论是自上而下还是自下而上对产品进行设计, 初步设计得到的产品几何模型, 其中重要的尺寸参数需要保存到数据库中; 在详细设计过程中, 通过优化算法或校核计算得到的产品的结构参数, 需要更新数据库中的相关参数, 并使用这些参数快速、高效的更新几何模型, 以反映设计变化, 这就需要建立模型与尺寸参数数据库的双向关联机制.建立模型与尺寸参数库的双向关联, 首先需要非常方便地定位目标零部件在装配树中的位置, 获取惟一标识该零部件的实例名, 这样才可以从数据库中获取该部件的参数, 同时装配工艺规划的目标组件也需要在装配树中定位, 以获取其相关信息. 目前, 大多数商用 CAD 系统如 UG, Pro/ E 的装配树多是多叉树, 在计算机中不易处理, 因此需要通过装配模型重构将其转变成如图 4 所示的准二叉树的形式. 装配树的数据结构为:typedef struct V A _com po nenttag_t part _tag;tag_t instance_tag;tag_t occurence_tag;struct V A _component * children;struct V A _component * parent ;struct V A _component * next;struct DB_part _parameter* part_parameter;struct DB_part _attribute* part_attribute; V A _component ;在该数据结构中, part_tag, instance_tag 和 occurence_tag 对应 U G 中部件的部件标识、实例标识和事件标识; part _parameter 和 part _attribute 对应部件的参数信息和属性信息.参数化尺寸包括模型自身的结构尺寸和模型之间的装配尺寸. 在 UG 系统中, 参数化尺寸是以表达式的形式存在, 它不仅是 UG 系统中建立参数间关系的重要机制, 也是建立结构参数与几何模型尺寸参数映射关系的重要机制, 由表达式控制的特征可以通过修改表达式的值而得到修改. 因此, 一个表达式可以直接或间接地用