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1、机箱机柜钣金零件的特征设计机箱机柜钣金零件是一种被广泛应用于机电、轻工、汽车等行业的零件，过去传统的生产方法，由于周期长、效率低、质量差等缺点已经越来越不适应现代的设计要求。因此，在微机上开发 机箱机柜钣金件CAD系统是非常有意义的。 机箱机柜钣金零件是一种被广泛应用于机电、轻工、汽车等行业的零件，过去传统的生产方法，由于周期长、效率低、质量差等缺点已经越来越不适应现代的设计要求，为了克服这些弊端，人们开发出一些先进的CAD系统，如Parametric Technolog公司的Pro/SHEETMETAL、Integraph公司FlatPatternand Nesting等，这些专门的机箱机柜
2、钣金零件设计系统，虽然功能十分强大，但是由于大多运行在工作站上，无论软件还是硬件都显得很昂贵，因此，在微机上开发机箱机柜钣金件CAD系统是非常有意义的。 1 机箱机柜钣金件特点和造型要求 1.1 机箱机柜钣金零件的特点钣金零件一般可分为三类： （1）平板类指一般的平面冲裁件。（2）弯曲类由弯曲或弯曲加简单成形构成的零件。（）成形类由拉伸等成形方法加工而成的规则曲面类或自由曲面类零件。这些零件都是由平板毛坯经冲切及变形等冲压方式而加工出来的，它们与一般机加工方式加工出来的零件存在着很大差别。在冲压加工方式中，弯曲变形是使钣金零件产生复杂空间位置关系的主要加工方式。而其它加工方法一般只是在平板上产
3、生凸起或凹陷以及缺口、孔和边缘等形状。这一特点是在建立钣金零件造型系统时所必须注意的。 1.2 机箱机柜钣金零件产品造型要求在模具设计过程中， 机箱机柜钣金零件的形状是模具设计的主要依据，它决定了模具的总体结构和形状。而机箱机柜钣金零件的尺寸公差则影响着模具工作部分（如凸凹模等）形状的尺寸及公差。另外， 机箱机柜钣金零件的材料、形位公差及技术要求等对模具的工作部件有较大的影响。因此，机箱机柜钣金零件模型除应包含形状信息外，还必须包含零件的尺寸公差、精度、材料以及技术要求等信息，这样才能保证模具设计结果的准确性。 机箱机柜钣金零件模型是后续模具设计应用程序所需各种信息的载体，这就要求零件模型能够
4、反映出钣金零件的特点，具体地说就是要反映出钣金零件的工程语义，使模具设计应用程序可以理解方便地提取出所需要的信息。另一方面，维钣金零件一般具有复杂的空间位置关系，只有根据机箱机柜钣金零件的形状特点进行构造，才可能简化用户操作。 2 机箱机柜钣金件特征设计 2.1现有机箱机柜钣金造型方法 目前，已有针对机箱机柜钣金零件特点而提出来的几何造型方法，主要有2D钣金零件的几何造型和D钣金零件的几何造型。前者包括编码法、面素拼合法和交互尺寸输入法等；后者有弯曲变换拼合法、体素拼合法等方法。上述所有造型方法存在的共同缺点是当定义出错时，修改非常麻烦，甚至可能需要重新输入。所建立的零件模型，包含的信息也不完
5、备，特别是缺少有关工程语义信息。当零件复杂时，造型过程也非常繁琐。 2.2机箱机柜钣金件特征描述 通过以上对钣金零件特点以及零件模型要求的分析，以及对现有的几种机箱机柜钣金零件的几何造型方法的介绍，可以看到，要建立一个既反映机箱机柜钣金零件特点又能满足CAD燉CAM系统要求的钣金零件模型，采用特征造型技术是一个有效的办法。它除了能提供钣金零件的完整的信息模型外，而且还可以较好地解决现有一些几何造型方法所存在的问题。目前一些商用的造型系统如Pro/ Engineering等都是采用特征造型方法来建立模型进行零件的表达。 特征是产品描述信息的集合，它不仅具有按一定拓扑关系组成的特定形状，而且反映特
6、定的工程语义，适宜在设计、分析和制造中使用。特征是实现CAD/CAPP/CAM集成的关键。特征可以分为：形状特征、精度特征、材料特征等，其中形状特征是关键，是其它特征的载体或基体，也是实现参数化特征造型的核心，它可以定义为具有一定工程意义的几何形体或实体。零件的结构与形状是产品定义的主要内容之一，如何用形状特征及其相互关系来描述一个产品的结构与形状，是特征建模的首要问题，每个机箱机柜钣金零件都可以分解为一个或多个形状特征，显而易见，从特征构型的角度来看，钣金件是由一系列特征构成，它们之间的相互联系便构成一个完整的零件。根据钣金件特点，可以归纳出如下特征： （1）平面特征构成零件的平面形状，是零
7、件的基本部分，是连接弯曲的部分，也是局部成形和冲孔的母体。平面特征的几何形状由一个图形元素（直线、圆弧等）链loop来表示。 （2）弯曲特征它是由弯曲加工工序产生的形状，这里以简单弯曲特征为例，即由圆柱面表示的弯曲区。弯曲特征由组成该特征的几何元素和弯曲属性来表示。其数据结构为： （3）孔特征它作为一般子特征而依附于其它特征，如在平面或弯曲特征上冲孔。孔的数据结构与平面特征基本相同。 （4）局部成形特征由局部成形工序在冲压件上产生的形状。通常它的形状固定，尺寸不同，因此可以用参数来表达。 （5）用户自定义特征由于钣金件种类繁多，往往会用到一些新的特征，因此特征建模系统有必要为用户提供自定义的手
8、段。其中，机箱机柜钣金件是以平面和弯曲面为主特征，而冲孔和局部成形特征作为主特征的附属特征来描述。每个平面特征可以与多个弯曲特征相连，而每个弯曲特征只能在两端与两个平面特征相连，根据特征在机箱机柜钣金件展开中的作用，每个钣金件都定义了一个基准特征，通过主特征之间的关系，可将零件按多*特征树形式分解（图1a），该特征树的根就是基准形状特征，由于多*树（图1b）的操作处理比较麻烦，因而以二*树（图1c）的形式表达和处理多*树。 2.3机箱机柜特征信息描述 现状特征不仅是低层次设计信息的抽象，而且是其它非几何特征信息的载体，因此是产品信息模型中最重要的部分。目前，还没有一种关于特征的广为人们接受的定
9、义及其描述方法。人工辅助特征识别是将特征的识别和映射任务交给人来完成，自动化程度低；特征自动识别算法复杂，至今只对简单形状的识别比较有效。更合理的方法是使设计人能够按形状来建立模型并储存其信息，而不是事后识别形状特征。因此，本文进行基于特征设计方法的研究，提出特征描述方法，该方法根据集成化制造系统的要求，统一规划产品描述的多级抽象结构，以提高系统的时间效率和空间效率。 形状特征的描述分为三层。顶层是特征关系树，它描述产品的总体形状如何由各特征元素组成，特征间的关系用连接来表达，如邻接关系反应了特征间的连接关系，父子关系反应了特征的从属关系。特征关系树将物体分解成低级元素，并显示表达特征间的相互
10、关系和相互作用，这种分解给产品模型增加一定程度的智能，给用户提供了符合人们思维形式的高级环境。第二层是每个形状特征的定义，包括工程关键词和有关参数，各基本特征的参数表描述了各特征元素的属性参数，如弯曲角的特征参数是弯曲角度和半径，这是一种隐式表达数据实体的方法，它将形状信息参数化地而不是几何地组织进数据结构中，相对来说，隐式表达更易为应用操作所控制和利用。第三层是简化对称边界图，它描述组成物体的面、边、点及其相互关系，面的存在为精度特征的描述提供了依据，而且在计算机绘图等应用中，也需要产品的拓扑和几何数据。 由于形状特征的建模既具备高层次的形状特征信息，又具备对形状特征进行分解产生的低层次几何
11、要素信息。因此，精度特征和材料特征表达所依据的形状信息是完备的，可以分别精度特征和材料特征的描述框架，然后通过指针与形状特征联成网络。 2.4特征造型的实现 在本文中，选用AutoCAD作为特征造型建立机箱机柜钣金零件产品模型的设计平台，并且引进参数化技术，特征具有参数化的性质，其属性以参数的形式来表达。设计师预先建立特征库，其中包含常用机箱机柜钣金零件的特征，如平板、孔以及各种形式的槽等，设计是首先输入零件的总体信息，选择特征库中基体类特征，生成基体特征，以此为基础，进行特征装配造型。然后循环从特征库中选择所需要的特征，通过特征参数表和定位参数表给出特征参数和定位参数，并进行特征装配，建立形状特征模型。最后输入其它特征信息，建立产品特征模型。 3机箱机柜结论 利用这种思想建立的特征零件模型具有以下特点：（1）集成性特征造型系统为下游应用的各环节提供了一个具有几何、属性和知识的信息完备的产品模型，从而为CAD、CAPP和CAM各应用模块的集成提供了实现的基础。（2）表达信息的丰富性相对于几何造型软件，基于特征建模提供了一种更自然方便表达设计者意图的方法，允许设计者直接用工程术语描述零件。（3）信息描述的多层次性产品模型既有高层次的特征参数和特征关系，又有低层次的几何拓扑元素，一方面为后续的特征评价提供了高层次的语义信息，另一方面为尺寸和精度特征的表示提供了依据实体。
