0 前言

随着机械制造业和计算机技术应用的发展, 出现了精益生产、计算机集成制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造等先进制造技术, 实现这些先进制造技术的关键和核心是产品信息模型技术。当前的许多基于特征的商用CAD系统不能直接完整地把零件的被加工面的工艺信息与被加工特征联系起来。特征建模技术的出现, 为实现零件信息模型在不同状态空间的信息转换提供了一种有效的方法。因此, 零件CAPP进行工艺过程设计, 首先必须建立基于特征的零件CAD/CAPP统一几何工艺信息模型^[1~2]。

笔者基于上述集成化思路, 结合楔横轧模具加工的实际情况, 建立一种基于特征拼合的楔横轧模具CAD/CAPP信息模型, 即在导入CAD模具参数化特征的基础上, 结合制造资源库并入特征加工工艺信息。因此, 该信息模型不仅包含了模具的几何信息及其拓扑信息, 还包含模具的功能信息、材料信息、制造信息和总体信息。该信息模型可方便实现CAD、CAPP两者间数据的有效传递与交换。

1 基于特征的楔横轧模具信息模型 1.1 楔横轧模具的特征分类和定义

楔横轧模具形状特征分类如图 1示。

其中基圆特征和顶圆特征为基准特征。槽特征代表模具的精整孔型, 它与轧件的各形体特征相对应。展宽角和成型角特征主要在轧制过程中起展宽作用。轧齐特征是为了解决轧件螺旋台阶现象而在模具精整段和展宽段间引入的过渡特征。辅助形状特征是轧件质量的有效保证。楔横轧模具的特征层次关系如图 2示^[3]。

1.2 楔横轧模具特征信息模型

CAPP系统进行工艺设计必须具备模具基本几何信息和完整的工艺信息, 其主要内容应由以下几个部分构成。

(1) 总体信息-主要描述模具名称、模具类型、材料、模具坯外形轮廓等模具的总体特征。

(2) 模具几何构造信息。主要指模具形状几何信息及组成元素以及它们之间相互约束关系。

(3) 加工特征信息指模具加工工序经离散化后, 分解成相对比较固定的模具特定形状要素信息, 这些特征是制造域概念上的。

(4) 工艺信息。主要指尺寸公差、形位公差、技术要求及其他一些辅助信息, 用于加工工艺的制定。

其中模具总体信息和几何构造信息由CAD模型导入。

针对以上信息, 系统采用分层表示法-其中模具层包括模具的总体信息、毛坯形状参数以及特征关系链表; 特征层包括特征单元的管理信息、形状参数、特征的技术要求和加工链表等信息-据此所构造的基于特征的楔横轧模具零件信息模型见图 3^[4~5]。

图 3中模具层的基体特征对应着模具毛坯几何形状参数定义, 技术特征主要描述模具材料、粗糙度、硬度、定位基准等与加工有关的总体制造属性。模具层特征表数据结构如下:

struct Tool_Feature_List

{

Feature_Laeyr Current_Feature; /形状特征树当前特征/

Tool_Feature_List Prior_Feature; /当前特征的前一特征/

Tool_Feature_List Next_Feature; /当前特征的下一特征/

Tool_Feature_List Parent_Feature; /当前特征的父特征/

Tool_Feature_List Child_Feature; /当前特征的子特征/

}

其中, Feature_Layer为特征层的结构定义, 构成内容如图 3特征显示。其除了表达特征的管理信息如特征名称、特征类型、特征标号、特征等级等属性外, 主要内容仍然是形状特征的几何属性和制造属性的描述。因加工链表只是一简单线形表, 只代表性的对楔横轧模具的展宽特征给出其形状参数类和技术特征机构的定义。

Struct BetaPar

{

intm_Type; /展宽角的类型, 0=左展宽角, 1=右展宽角

float m_StartX; /展宽角的轴向起点/

float m_StartY; /展宽角的周向起点/

float m_EndX; /展宽角的轴向结束点/

float m_RadialP; /展宽角的径向位置/

float m_Depth; /展宽角的深度/

float m_Beata; /展宽角的值/

}

2 应用实例

由上述可知, 形状特征作为模具特征信息模型的主干, 则模具的创建过程可相应表达为模具形状特征的并合过程。在计算机中将该过程以特征数形式记录下来, 管理模具的每一个特征。下面以一种如图 4(a)示的对称楔横轧模具为实例。首先, 根据楔横轧模具特征层次关系(见图 2), 得到模具的形状特征关系图 4(b), 此多叉树结构的形状特征关系图可以转化成易处理的二叉树结构如图 4(c)。这种二叉树结构就是该模具所要建立的模具信息模型主干。

通过该模具实例化描述, 可以看出这种基于形状特征二叉树的零件模型清晰、简洁地反映了模具各特征之间的关系以及CAPP所需的模具信息。在构造模型时, 通过加工特征单元的抽取和划分, 可将整个模具的信息描述转化为各特征单元信息的描述和各特征单元之间联系信息描述的集合。每个特征单元信息描述可通过其形状参数、技术特征等参数的描述而获得。而对各特征单元位置以及之间的连接次序关系可通过形状特征关系二叉树数据结构获得。因此, 该信息模型完全符合楔横轧模具制造要求, 同时CAPP对模具信息的访问也非常方便和快捷。

3 结论

通过对楔横轧模具的特征分析, 提出在楔横轧模具数控编程系统中, 采用特征技术构造模具信息模型, 将模具信息分为模具层和特征层来表达, 并且以主要几何形状特征为主线, 将辅助几何形状、特征间相对位置及技术要求附加在主特征上, 形成楔横轧模具形状特征关系树, 构成模具信息模型的主干。为楔横轧模具的数控加工提供了扎实的基础。