基于模型定义的制造特征信息建模及应用

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基于模型的定义技术是将产品的所有相关的工艺描述、属性、管理等信息都附着在产品三维模型中的数字化定义方法Ⅲ。它使三维数模作为生产制造过程中的唯-依据，改变了传统的由三维实体模型来描述几何信息，而用二维图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的产品数字化定义方法2。

基于模型的定义技术是面向产品生命周期的数字化定义技术。然而，从 目前企业MBD技术的应用情况来看，仅设计部门实现了基于三维模型的设计，而工艺部门仍然采用传统的二维工程图。为了实现三维环境下工艺设计，文献[3和文献[4]提出来工序模型的概念，这些为MBD的深化应用奠定了基矗制造特征是工序模型上具有语义的几何实体，它不仅能够表达几何信息，而且对于尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等产品制造信息(Product Manufacturing Information，PMI)也能够进行很好地表达。为了实现MBD技术在工艺设计中的应用，本文提出了基于模型定义的制造特征信息建模方法，并对制造特征信息在工艺设计中的应用进行了研究。

1 基于模型定义的制造特征信息定义框架制造特征是指工件上-个具有语义的几何实体，它描述了-个工件的材料切除区域，表达-个加工过程的结果I 。制造特征不仅能够表达产品的几何信息，而且对于尺寸公差、形位公差及表面粗糙度等产品制造信息也能够进行表达。通过对工艺设计过程中所涉及到的产品制造信息进行分析，同时参照GB/T 24734《技术产品文件数字化产品定义数据通则》 ，建立了基于模型定义的制造特征信息定义框架，如图1N示。

1)几何元素几何元素描述了制造特征的形状特征，包括模型几何和辅助几何。其中，模型几何是指产品定义数据中表达设计产品的几何元素；辅助几何是指包含在产品定义数据中的几何元素，用来表达设计要求，但不表示产品的实体模型，如建模过程中建立的辅助平面、中心线等。模型几何分为几何特征、几何形面和几何区域 。其中，几何特征是建模过程中对加工特征形状描述所使用的特定形状，如螺纹、倒角等：几何形面是构成加工特征形状的基本几何要素，如平面、柱面、曲面等；几何区域是几何形面上具有特定要求的部分区域，如平面上具有特殊刚度的部分区域67]。

2)三维标注三维标注描述了制造特征的精度特征，主要包括定位精度和定形精度。三维标注是指直接显示在三维模型上的尺寸 (公差)、几何公差、表面粗糙度、注释和标记。其中，尺寸 (公差)包收稿日期：2013-03-12基金项目：国防基雌研资助项目(A1120110003，Al120131044)；国防技术基雌研资助项目(Z312011B003，Z312012B001，B3120131 100)作者简介：田富君 (1985-)，男，工程师，博士，主要从事CAPP、制造业信息化等方面的研究。

[101 第35卷 第6期 2013-06(下) l 甸 化图1 制造特征信息定义框架括定位尺寸 (公差)和定形尺寸 (公差)，定位氓 寸 (公差)描述了制造特征的位置信息，定形尺寸 (公差)描述了加工特征本身的几何尺寸，ngi"圆特征的直径、长度；几何公差包括形状公差、方向公差、轮廓度公差、位置度公差和跳动公差，其中，形状公差分为直线度、平面度、圆度和圆柱度，方向公差分为垂直度、平行度和倾斜度，轮廓度公差分为线轮廓度和面轮廓度，位置度公差分为同轴度、同心度和对称度，跳动公差分为圆跳动和全跳动。

3)属性属性是指表达产品定义或产品模型特征所需要的不可见的信息，这些信息可以通过查询得到。制造特征的属性描述了制造特征的基本信息和特征的工艺信息。特征的基本信息包括制造特征类型、制造特征名称等；制造特征的工艺信息主要是指加工该特征所采用的加工操作信息，加工操作是指制造特征的-次切削过程。

2 制造特征的分类不同制造企业的制造特征差别比较大，例如对于航空制造企业，制造特征主要有筋特征、槽特征、孔特征，对于装备制造企业，制造特征主要有外圆特征、平面特征、孔特征等。本文通过对某企业典型零件的制造特征进行分析，同时参考STEP AP224标准，按照特征的加工方法，将制造特征分为三大类：铣削类特征、车削类特征、钻削类特征，如图2所示。

1)铣削类特征铣削类特征是-类比较常见的特征，主要包括面域、型腔、槽、台阶、凸台和刀具轨迹。按照特征的加工方法，这几类铣削类特征又可以分为铣面、铣型腔、铣轨迹等。

u型槽T型槽v型槽锥形底圆形底平底图2 制造特征 的分类2)车削类特征车削类特征主要包括外圆、回转特征和滚花。车削类特征的加工方法主要包括粗车、车退刀槽、精车、车端面、车螺纹等。

3)钻削类特征钻削类特征主要包括孔和螺纹。钻削类特征的加工方法主要包括钻孔、铰孔 、攻丝、镗孔等。

3 制造特征的实例化在制造特征信息模型建立过程中，采用面向对象的方法，引入类和实例的概念，提出了制造特征类、制造特征实例和制造特征实例化的概念。

1)制造特征类从零件的加工方面考虑，将具有相似几何形状、相似加工方法的-类制造特征进行抽象，形成制造特征类。制造特征类具有层次关系，在第35卷 第6期 2013-06(下) 1111量 啪 盏 兰-旦互 重结合，建立了基于模型定义的制造特征信息定义框架。同时，从工艺的角度，按照特征的加工方法，将制造特征分为铣削类制造特征、车削类制造特征和钻削类制造特征。最后，对制造特征信息建模在工艺设计中的应用进行了说明。