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1、南京理工大学泰州科技学院毕业设计（论文）外文资料翻译系部：机械工程系专业：机械工程及自动化姓名：许巧兵学号：05010247外文出处：Int J Adv Manuf Technol(2004)（用外文写）DOI 10.1007/s0017000318829附件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语：所选原文资料内容符合本毕业设计及专业方向要求，篇幅 饱满，翻译用词准确，语句通顺。签名：2009年3月18日注：请将该封面与附件装订成册。附件 1：外文资料翻译译文CAD/CAM 集成的加工特征提取摘要 基于特征的 CAD/CAM 集成是一项在 CAD，CAPP 和 CAM 应用中实现零
2、件信息 自动传送和转化的技术。特征是集成中的信息传输媒介。由于设计下游的生产计划 和零件设计者的角度不同，因此，特征转化和特征提取方法用来以设计特征模型为 基础创建加工模型。由于特征是相互关联的，因此生成加工特征的难点之一在于如 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转换上。本文 讨论了特征相互作用存在的问题，并且提出了一个从设计特征模型中生成孔系加工 特征的方法。孔系特征是机床上变速箱零件的重要加工特征。这些特征不能直接从 设计特征数据库中获得。本文进一步阐述了基于约束的方法来详细说明孔系特征模 型，该模型从设计数据库提取出来，以几何学和拓扑学信息为基础。另外,STEP
3、格 式文件用来连接已转化了的加工特征模型和下游的 CAPP 应用。特征转化系统在一 些零件实例中以及开发的一个原型 CAPP 系统上得到了验证。关键字 CAD/CAM 集成 约束 特征转化 特征相互作用 基础特征 STEP 界面1. 引言基于特征的设计和制造系统在机械零件 CAD/CAM 系统中已经得到了广泛应 用。基于特征的 CAD/CAM 集成是一项在 CAD，CAPP 和 CAM 应用中实现零件信 息自动传输和转化的技术1-4。特征是集成系统中信息传输的媒介。它包含大量工 程信息，几何学和非几何学，并且将 CAD,CAPP 和 CAM 系统有机地联系起来。然 而，角度不同，对特征的定义也
4、不同。设计特征是与零件的功能、设计意图和模型 构建方法有关的形状特征。加工特征是与特定的加工工序有关的形状特征。当今的 计算机辅助设计（CAD）系统是基于特征的，如Pro/Engineer。基于特征的设计意 味着零件的设计是从简单的拉伸或旋转（例如圆柱或长方体）开始的，然后通过把 特征，如孔、槽，添加到当前设计的多个表面上来修改它。设计者详细说明这些特 征的位置、尺寸和方向5。根据下游的加工的应用要求，必须通过特征转化和特征 提取将设计特征转为加工特征。特征提取是从基于几何形状的设计模型定义加工特征，而特征转化则是将基于特征的设计模型转化为加工特征6-10。一组提取的加工特征通常称为加工特征模
5、型。通常一个零件能用多个加工特征 模型来表示。这些特征与零件的不同加工方法相对应6，8，11，12。在文献11， 12中提出了基于单元分解法的加工模型生成方法。通过对所有的面和半空间进行拉 伸或求交，将需切除的部分（三角体积单元）分解成很多小的单元。这些单元的子 集就被组合到加工特征中。采用这种方法，不断重复单元分解直到所有的三角体积 单元被分解完。单元分解的结果是三角体积单元被分解成一组加工特征。改变单元 分解的顺序可以形成不同的加工特征。Han根据工艺设计者的要求提出了一种生 成加工特征模型的方法。但是这种方法只能针对平面单元和非圆柱特征，它不能用 在如变速器这样的复杂的零件中，因为，这些
6、零件的主要的加工特征是同轴孔系9。 图1给出了广州机床厂（GMTMF ）机床制造中的两个典型零件。孔系类型零件的 特征转化和特征提取是一种新的，且至今为止未公布的方法。本文着重针对变速箱 零件，依据设计特征模型研究了生成同轴孔系加工特征的特征映射法。文章第二部 分介绍了一种通过特征转化将 CAD/CAM 集成的方法以及由特征相互作用产生的 问题。文章第三部分给出了特征转化中对基本的特征的定义。文章第四部分则介绍 了约束关系和孔系加工特征的描述。在第五部分，给出了孔系加工特征的转化算法 并设计了一个可将CAD和CAPP系统集成的STEP格式文件接口。最后是本文的 结论。图 1 广州机床制造厂的零
7、件样本2. 特征转换文中提出了一种从设计特征模型生成加工特征的基于特征的转化方法。该方法 是从加工的角度出发来定义加工特征的，并且在基于特征的建模和加工特征转化中 会提取和保留设计模型信息。如图 2 所示，特征转化中的 CAD/CAM 集成系统包括一 个形状特征转换模块，尺寸特征转换以及特征属性转换。由于设计特征包括了几何和属性并且在建模过程中可能对其原始的设计特征进行修改，因此，存储在数据库 中的最终零件模型可能与已用的设计特征不一致。这种不一致性是由于特征的相互 作用，它改变了形状特征和特征属性。例如，图 3 所示的零件中有一个槽特征，该 特征来源于型腔特征和槽特征的相互作用。由于这两个特
8、征的相互作用，最初的槽 a1 的尺寸是从型腔 a 通过求交得到的。因此，本特征转化方法包含形式特征映射和尺寸及属性特征映射。在文献13中详细介绍了尺寸及属性特征转换。本文主要介Af辱ig養：誉X型腔1型腔图 3 特征相互作用引起设计特征类和特征属性的转变： 型腔特征转变成槽特征，以及尺寸的转化对于机床变速箱零件，它们形状不规则，零件的壁很薄，里外都有加强筋。此外，壁和筋上有不同的孔系，从而使得零件结构更为复杂。本论文中，变速箱零件 是在基于特征的CAD/CAM软件Pro/Engineer中建模的。通过对零件模型过程分析可知，零件模型中的设计特征包括：基准（平面或轴）、拉伸体，孔，槽，除料和 筋
9、特征。这些特征中，建于基准平面上的拉伸特征是基础。在此基础上，采用了一 个除料特征来生成变速箱的腔，用肋特征来生成变速箱的加强筋。对于孔系，可以 用不同的方法创建孔特征，例如通孔，沉头孔。但是，在设计特征库中，孔特征中 不包括同轴孔，只有许多独立的没有联系的孔特征，尽管它们由同一个操作生成的。 因此设计模型不能为加工直接提供同轴孔系特征。转换工作中的难点主要来自以下两方面：第一.孔特征是相互独立的，在设计建 模阶段，这些孔之间的位置和语义并不是很明确；第二.建模过程中特征的相互作用 导致孔特征不是属性发生改变，就是丢失设计中记录的关系。目前，基于约束匹配 的方法对于平面形状特征转换14，15是
10、有效的。这个方法的核心是把形状特征分 解成几个基本特征要素，例如面、边和点，并建立基本特征间的约束关系，形成约 束图。具体零件的特征可以从匹配图中得到。但是，这个方法只局限于解决规则的 平面形状特征转换，不能解决孔系特征转换。本文则着重解决了这个难题。为了把包括孔系特征的复杂零件，从设计领域应用到加工领域，首先必须对加 工领域中的加工特征的结构作定义。在基于约束的匹配方法和前人对多面体零件平 面类形状特征转换工作9, 16, 17的基础上，我们在GMTMF中的变速箱零件中提取 并定义了一些孔系加工特征。3. 基本特征定义为了实现基于约束的孔系特征转换,首先介绍了基础特征的定义。一个基本特 征定
11、义为具有特征几何和拓扑信息的基本几何形状。一个基础特征能通过数学集合 来表达：F =T.G.C（1）b其中F 代表基本特征,bT 代表基本特征的拓扑信息,G 代表基本特征的几何信息,C 代表基本特征的特性（例如平面方向,轮廓,凸面或凹,边或点）。图 4 阐明了基本特征类型与机床变速箱零件的孔系特征转换相符合。基础特征 和孔特征有关可描述如下：面：由一个或多个轮廓组成。如果面上有一个孔或槽特征，那么面上就有孔和 槽的轮廓。轮廓：面上仅属于一个面的一个闭环。轮廓由许多边组成，可分为内轮廓或外 轮廓 （见图 5）。内轮廓是孔的外曲线。众所周知，在执行轮廓寻找时，面特征总 在轮廓的右侧。因此，寻找外轮
12、廓是顺时针方向，寻找内轮廓是逆时针方向。基本特征和 B-Rep 模型中的几何和拓扑要素之间的主要不同点：基本特征能反 映几何特性，例如几何特性中的方向和凹凸属性。4. 基于约束的孔系特征描述4.1 约束关系描述基本约束特征是用来组成形状特征的基础元素。建立基本特征的约束关系的目的是：1. 在较高层对形状的约束关系进行描述，以避免从几何和拓扑信息层进行描述。2. 解决特征相互作用和孔系特征转化的难题。与形状约束特征定义不同的是基本约束特征的定义更灵活。基本约束特征通常 描述了特征类，而不是特定的特征实例。因此，在特征求交时，原始特征中的一个 约束会改变，但是只要约束特征类仍然存在，就不会影响到对特征类的正确识别。根据基本约束特征9，14，孔特征之间的位置关系能用圆柱面和平面这样的基 本特征的空间约束来描述。孔系约束的描述如下：1. 孔环和平面之间的共面约束（见图 6）a. F 是一个平面b. 孔环是圆柱孔的端面环c. 孔环在一个平面上2. 孔之间的同轴约束（见图 7）d. ab 线是孔 1 的轴线e. cd 线是孔 2 的轴线附件 2：外文原文
