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1、2 0 1 0年 第 5期 工 程 图 学 学 报 J OURNAL OF ENGI NEERI NG GRAP HI CS 2 01 0 NO 5 基于 CAT I A CA A 的三维型材 毛坯模型生成技术的研究 王 孟，赵 罡 工 血 趟 正(北京航空航天大学机械工程及 自动化学院，北京 1 0 0 1 9 1)摘 要：在 C A T I A C A A开发平台上，针对型材毛坯 的特点，提 出一种新的基于毛 坯模型标准件库进行特征匹配的快速生成零件三维毛坯模型的方法。通过对零件模型进行多 次切割，获取到零件特征参数，然后将零件特征参数与毛坯模型标准库中的毛坯特征参数进 行 匹配和 筛选，
2、得 出最优的匹配结果，进而生成零件的三维毛坯模型。关键词：计算机辅助设计；特征提取；毛坯模型；标准库 中图分类号：T P 3 9 1 文献标识码：A 文 章 编 号：1 0 0 3 0 1 5 8(2 0 1 0)0 5 0 0 3 9 0 4 Th e Ge ne r a t i o n Te c hno l o g y o f Thr e e-di me ns i o na l Pr o fil e W 0 r k-bl a nk M o de l Ba s e d o n CATI CAA W ANG M e n g，ZHAO Ga n g (S c h o o l o f Me c h
3、 a n i c a l E n g i n e e r i n g a n d A u t o ma t i o n，B e ij i n g U n i v e r s i t y o f Ae r o n a u t i c s a n d As t r o n a u t i c s，B e i j i n g 1 0 0 1 9 1，C h i n a)Abs t r a c t：Ac c or di ng t o t h e c ha r a c t e r i s t i c of p r o fil e，t hi s pa pe r p r o p os e s a me t
4、ho d of g e n e r a t i n g t h e wo r k b l a n k mo d e l a u t o ma t i c a l l y b a s e d o n t h e C AT I A CAA p l a t f o r m，wh i c h e m p l o y s t h e p r o fil e s t a n da r d pa r t l i b r a r y t o ma t c h t h e f e a t u r e pa r a m e t e r s Th e f e a tur e p a r a me t e r s o
5、 b tai n e d b y s p l i t t i n g t h e p a r t a r e c o mp a r e d wi t h t h e p a r a me t e r s o f t h e wo rk b l a nk mo d e l s t o r e d i n t h e s t a n d a r d p a r t l i b r a ry T h e r e s u l t 3 D wo r k b l a nk mo d e l i s g e n e r a t e d b y c h o o s i n g t h e o p t i mu
6、 m ma t c h o f t h e s t a n d a r d p a rt l i b r a ry Ke y wo r d s：CAD；f e a tur e e x t r a c t i o n；wo r k b l a nk mo d e l；s t a n d a r d l i b r a ry 设计模 型 向制造 模型 的转换 是 困扰 C A D C A M 集成领域多年的难题，其 中三维毛坯模型 的 自动生成技术是其中的难点，这其中涉及到的 关键技术就是零件特征的识别和生成。从 目前的 研究情况看，国内外在这方面的研究热点也主要 集 中此方面，但是直接研究零件毛
7、坯模型生成技 术的文献资料很少，至今 尚没有一种合适算法或 者方法能够完全实现该技术。美 国的 E r i c Wa n g 和韩国的 Y S Ki m在铸造零件的加工特征识别方 面做了一些比较深入的研 。在国内，华北工 收稿 日期：2 0 0 8 1 卜2 4 基金项 目：北京市科技新星计划资助项 目(2 0 0 7 B 0 1 8)作者简介：王孟(1 9 8 4 一)，男，山东威海人，硕士研究生，主要研究方向为 C AD C A M 3-程图学学报 2 0 1 0生 学 院的王宗彦和吴淑芳在 设计模型 向制造 模型 的转换方面 2】，重庆工商大学的朱朝宽、张世富 等在铸造零件毛坯生成技术方
8、面【3 J 都做了一些探 索性的研究，取得了一定的成果，但是关于型材 零件的毛坯生成技术 目前还没有相关的文献，本 文所研究的内容正是数控加工 中常用的型材零 件的毛坯模型生成技术，采用的方法是首先建立 基于 C A A 二次开发平台的型材毛坯标准件库，然后通过对零件模型进行多次切割，获取其特征 参数，最后将零件模型与标准库 中的毛坯模型进 行优化匹配，进而生成相应的三维毛坯模型。1 C A A开发平台简介 C o m p o n e n t A p p l i c a t i o n A r c h i t e c t u r e(C A A)组件应用架构，是 Da s s a u l t
9、S y s t e me s 产品扩展和 客户 进行 二 次 开发 的强 有 力 的工具 L 4】。目前 Da s s a u l t S y s t e me s 已形成六大支柱产 品，通过 P P R HU B 进行集成，对产 品的生命周期进行全 方位管理。在 C AA架构的支撑之下，D a s s a u l t S y s t e me s 系统可像搭积木一样建立起来，这种结构非常适 宜于系统的壮大和发展。但 是，由于 Da s s a u l t S y s t e me s 应用本身的复杂性和 C AA所涉及的深 层次 内容，用户在熟练掌握 D a s s a u l t S y
10、s t e me s 应 用系统的同时，还必须具备软件开发的知识和能 力L 5 J。C A A Me c h a n i c a l D e s i g n组件架构图如图 1 所示，图中深色部分为本文所涉及的模块。图 1 C A A组件架构图 2 型材毛坯模型标准库的建立 2 1 型材毛坯特点 型材是指 由金属制成 的具有一定截面形状 和尺寸的棒材，不 同于 自由造型零件的毛坯模 型，型材类零件的毛坯模型相对 比较简单，可以 根据其截面形状的不同来进行分类，主要的几大 类有：直角型材、丁字型材、Z字型材、槽型型 材等，并且大部分的型材类型 目前都有比较详细 的国家标准【6 J。目前实际生产应用
11、中所涉及的型 材都 以国家标准手册为基准，因此，通过建立型 材标准库 的方式来实现型材类零件的三维毛坯 模型快速生成是完全可 以实现 的，而且也是非常 有意义 的。2 2 建立型材毛坯标准库的两大关键技术 根据型材的分类，利用 C AT I A 软件对各种 类型的型材零件进行建模，然后在后台数据库中 建立与该模型相匹配的数据表，以保证在打开零 件模型的同时可 以将该零件模型与其对应 的数 据表相连接。利用 C AT I A C A A二次开发技术，在 C A T I A 环境下建立独立的工具条和菜单，然 后通过很简单的操作就能够访 问毛坯标准件库，其中零件模型预览功能和交互式操作 功能的实 现
12、是本标准库的两大关键技术。2 2 1 零件模型预 览功能的实现 零件模型预览功能需要在不打开模型文件的 情况下就能够看到完整的零件形状，并且可以根 据需要对零件模型进行旋转和缩放，该功能的实 现涉及到 3 D Vi s u a l i z a t i o n接口的使用 以及 C A A 对话框控件的显示方式。在本文中，该功能的实 现主要利用了 C A A的 V i s u a l i z a t i o n F r a me wo r k下 的一系列接 口以及 T a b u l a t i o n s 式的对话框控件显 示方式。完成后预览功能如图2所示。2 2 2 交互式操作功能的实现 交互
13、式操作功能主要是指通过友好 的人机 交互界面直接对 毛坯标准库 中的毛坯模型进行 添加、删除、修 改尺寸特征等操作的功能，从而 获得实际生产中用户想要的毛坯模型，该功能的 实现主要涉及到人机交互界面的设计，交互模型 下零件模型特 征参数信息的提取 以及数据库连 接的问题，实现该功能的主要步骤如下：(1)读取当前零件模型的参数信息 利用 C A A 提供的各种接 口以及接 口之问的 第 5期 王盂等：基于 C A T I A C A A的三维型材毛坯模型生成技术的研究 4 1 关系逐步获取到所需要的模型文件 的接口指针，该过程流程如图 3所示。图 2 预览功能对话框 获取 当前文档编辑器(CAT
14、F r mEd it o r)获取 当前对象的路径(C AT P a t h El e me n t)获取路径对象指针(CATBa s e Un k o wn)获取当前对象所在的文 档(C A T D o c u me n t)获取 定义文档数据的初 始化接 E l(C AT I n i t)获取当前M e c h a n i c a l P a r t J 获取当前Me c h a n i c a l P a r t 特征接 口 特征的b o d y 接 口 (C AT I p r t C o n i n e r)l(c AT I B o d y R e q u e s t)获取 当前对象指
15、针 获取当前对象指针(P a r t)(Ma i n P a r t)图 3 模型指针获取流程 图 在图 3中，获取到 C A T I S p e c O b j e c t 类型指 针之后就可以通过该指针获取零件的参数信息，包括零件草图、尺寸、基准面、规范树信息等。(2)读取相应数据库表中的数据 获取到零件参数信息之后，首先连接后台数 据库，通过程序 自动搜索数据库表 中相应的数据 记录，然后将搜索到的数据记录返回到程序中。(3)修改零件模型参数 利用上一步从数据库 中返 回的数据记 录就 可以对零件模型进行修改，在本文中，需要修改 的是零件模型的尺寸参数，所以只要按照从数据 库表 中读取
16、出来 的零件尺寸 的顺序逐个修改零 件模型的尺寸便可以保证尺寸的一一对应关系。3 零件与毛坯模型之间的特征匹配 3 1 零件模型参数信息的提取 从理论上说，型材模型和其毛坯模型的匹配 关系主要是由其尺寸参数决定的，但是由于实际 型材零件模型的建模过程及其规范树的未知性，无法直接 从零件模 型文件中提取出需要的尺 寸 参数信息，因此在本文 中，作者采用的是一种基 于特征参数 的匹配方法。根据不 同零件的特征，在零件模型的表面选取不同的基准面，然后利用 这些基准面对零件进行多次切割，然后对切割之 后 的零件模型生成基于特 征的三维包 围盒，通过 读取该三 维包 围盒 的参数信 息便可 以获得零件
17、模型的特征参数。3 2 基于尺寸的特征 匹配功能的实现 提取 出零件模 型在不 同方 向上 的特征尺寸 之后，利用这些主要 的尺寸参数，在数据库相应 的表 中进行 匹配搜索就可 以得 到与之对应 的毛 坯模型 的尺寸参数。根据毛坯余量最小的原则，尺寸匹配 的结果应该与实 际零件模型 的尺寸之 间的差值最小，即保证数控加工 中切削的毛坯余 量最小，为实现该 目标，需要对数据库中的数据 记录进行遍历匹配，并计算每条数据记录的差 值，最终得到的最小差值对应 的数据记录就是最 佳匹配 记录，然后将 该数据 记录返回到主程序 中，利用交互式操作功能模块提供的人机交互对 话框将数据输入到零件模型中，更新零
18、件模型便 可以得到与实际加工零件匹配的毛坯模型。该过 程 的流程图如图 4所示。4 应用举例 以常用的直角型材为例，如 图 5所示，该类 型材 的主要特征 为两个平行于截面方 向的厚度 特征，因此选取其内表面为基准面进行三次模型 切割，分别生成其三维包围盒，读取出三维包围 盒的参数信息，然后与数据库中的数据记录进行 匹配，读取 出相应数据记录并返 回主程序 中，进 而生成相应 的毛坯模型，如 图 6所示。工程图学学报 2 0 1 0年 图 4 数据匹配流程 图 图 5 丁字型材零件模型 图 6 丁字型材毛坯模型 5 结 束 语 本文提 出了一种基 于毛坯标准库进行特征 参数匹配的毛坯模型 自动
19、生成的方法，并利用基 于 C AA的 C A T I A 二次开发技术在 C A T I A C A A 平 台上成功实现 了型材毛坯模型快速 生成 的功 能。毛坯模型的自动生成是设计模型向制造模型 转换的第一步，同时也是实现 C A D系统 3 C集成 的关键技术，目前，相对复杂的自由造型零件 的 毛坯模型 自动生成技术 的研究热点和难点主要 集中在制造特征识别和生成上，虽然在该领域已 经取得 了很多的研究成果，并且许多算法已经通 过了 I S O标准零件的验证，但是依然没有一种很 好 的方法可 以完整地解决毛坯模型 自动生成的 问题，这其中涉及到的许多不确定的因素还有待 进一步的研 究和探
20、讨。参 考 文 献 I】Ki m Y S，Wa n g E R e c o g n i t i o n o f ma c h i n i n g f e a t u r e s f o r c a s t t h e n ma c h i n e d p a r t s J C o mp u t e r-Ai d e d De s i g n，2 0 0 2，(3 4)：7 1 7 8 【2】王宗彦，吴淑芳，秦慧斌零件设计模型向毛坯模 型转换的技术研究 J 计算机集成制造系统，2 O 0 4，l O(6)：2 6 0 2 6 4 【3】龙 军，张世富，朱朝宽，等U G 二次开发在铸件 毛坯三维实体 自动生成中的应用 J】_铸造，2 0 0 7，5 6(2)：1 5 5 1 5 7 【4 何朝 良，杜廷娜，张超基于C A A的C A T I A二次 开 发 初 探 J 自动 化 技 术 与 应 用，2 0 0 6，2 5(9)：3 7 3 9 5 5 龙峰，樊留群 C A T I A V5二次开发技术探讨 J】淮阴工学院学报，2 0 0 5，l 1 4(5)：2 1 2 3 6】G J B Z 1 2 5 9 9，军用铝镁合金挤压型材截面手册 S】