回转体零件特征建模及信息提取.docx

1、回转体零件特征建模及信息提取回转体零件特征建模及信息提取摘要：特征建模及信息提取是CAD/CAPP/CAM集成的关键技术之一。本文基于成组技术和并行工程的基本原理通过回转体零件对其特征建模方法进行研究。以AutoCAD2000为操作平台，在Visual LISP集成开发环境下进行二次开发。结果表明在生成零件图的同时能提取CAPP所需的几何信息和工艺信息，解决了CAD/CAPP/CAM系统中信息共享与交换问题，对先进制造技术的发展具有工程实用价值。关键词：特征建模；回转体零件；信息提取；集成Feature Modeling and Information Extraction for Revol

2、ving PartsAbstract: Feature modeling including information extraction is one of the key technologies in CAD/CAPP/CAM integrated system. Following of the fundamental principles of grouping technology and concurrent engineering, feature modeling has been studied for revolving parts and redeveloped wit

3、h AutoCAD2000 as the platform under the Visual LISP environments. The results show that being geometrical information and process information with part features can be extracted while a part drawing is being formed, and that the problem of sharing and exchanging information in CAD/CAPP/CAM system is

4、 solved.Key words: feature modeling；revolving model parts；information extraction；integration特征建模技术是先进制造技术AMT(advanced manufacturing technology)的发展要求，建立一个共享的零件特征模型是CAD/CAPP/CAM集成的关键之一。特征建模技术是以特征为载体，在参数化绘图生成零件图的同时实现所绘零件几何信息和非几何信息的描述与提取，可以输出后续CAPP/CAM所需的特征信息，实现CAD与CAM系统之间的信息共享与交换，即实现CAD/CAPP/CAM集成。基于特征

5、的参数化建模是新兴的CAD建模方法，是目前CAD/CAPPCAM的热点研究方向，特征建模技术已经成为机械工程领域的重点研究课题。目前流行的CAD/CAM软件有AutoCAD，CADKEY，Pro/E，UG，I-DEAS和CATIA等。AutoCAD 2000为使用AutoLISP语言提供了一个非常有用的可视化开发工具Visual LIS 2000。Visual LISP是一种将“古老的”AutoLISP语言的优点完全保留，并与最新的编程技术相结合的全新的集成开发系统。在我国，长期从事CAD应用程序开发的工作者迅速掌握Visual LISP可能比掌握其他语言系统更容易些，也将会开发出更适合国情的

6、、先进的CAD系统。因此,本文介绍以AutoCAD为开发平台，在Visual LISP集成开发环境下用AutoLISP语言和DCL语言进行二次开发，用程序驱动法实现回转体零件特征参数化设计及数据信息的提取和输出。1、CAD/CAPP/CAM系统中的特征建模在CAD/CAPP/CAM系统中，设计信息只有通过与工艺信息有机结合，实现CAD与CAM系统之间的信息共享与交换，才能实现真正意义上设计与制造的集成。CAPP作为联系CAD和CAM的纽带和桥梁，需要从CAD系统中直接获取零件的几何信息和非几何信息，从而代替人机交互的输入零件信息。零件的几何信息包括零件的几何形状、尺寸、位置等；非几何信息包括零

7、件各表面的精度、粗糙度、热处理要求、材料和毛坯类型信息等工艺信息以及为了进行零件信息和工艺信息的关联所需要的零件号、零件名称、产品名、产品号和GT代码等管理信息。如图1所示的CAD/CAPP接口可使后续CAPP工艺决策模块读入CAD的数据文件。图1CAD/CAPP的联系CAD与CAPP之间要实现信息共享与交换，其关键是信息的描述和信息的提取。中性数据交换文件DXF(drawing exchange file)格式能够包含全部的产品信息，现已成为CAD领域中事实上的工业标准交换格式。用DXF格式建立的文件可被写成标准的ASCII码，从而可使用任何高级语言进行阅读和识别。因此，本文采用扩展实体数据

8、的DXF格式实现数据交换功能，从而使特征造型CAD系统与CAPP系统实现数据通信。CAD的扩展数据DXF格式是有规律的，当接口程序读取其数据文件时，经判断、识别读取相关的组码和组值，获取有关特征的特征标志(Feature-ID)及其各扩展数据，即获取相应的特征信息，并将信息进行映射，存入工艺数据库，作为CAPP系统进行工艺决策的依据和基础。2 特征建模成组技术与零件信息的描述和获取是CAPP的基础技术。2.1基于特征的零件信息描述传统的CAD系统是基于计算机图形学的几何建模系统(线框模型、表面模型、实体模型)，它只能提供产品的几何信息，不能提供产品的工艺信息，因此不能满足CAPP系统需求。特征

9、是零件的形状和其他属性的信息集合。其定义强调特征包括几何形状、技术特征和管理等属性，同时强调特征是与设计活动和制造方法有关的几何实体，而特征是面向设计和制造的，反映了设计者和制造者的意图。传统的实体建模以边界表示法B-rep和几何体素构造法CSG应用最为广泛。其中几何体素构造法CSG是用系统定义的体素，通过交、并、差的集合运算进行建模；而基于特征的零件信息描述方法不是按传统几何体素构造法的“纯”几何体素来描述零件，而是根据零件的几何特征(如端面、槽等)和工艺特征(如平面加工、孔加工等)及管理特征来描述零件，含有几何形状信息和制造信息。例如要描述回转体上的键槽，若按CSG法则通过圆柱体与圆柱体、

10、长方体的布尔运算得到键槽的几何形状信息，而不能得到其制造信息；若按基于特征的零件信息描述方法描述，则通过定义键槽的尺寸及方位即可确定其几何信息，通过键槽的其他属性定义可确定其尺寸精度、表面粗糙度等工艺信息。特征既不同于传统造型中的一个体素，又有别于工艺过程中的型面，它是设计中的体素与制造加工的型面概念的综合。因此，特征作为零件模型的基础，具有以下优点：特征具有CAD系统与CAM系统相互理解的语义信息；特征能提供宏观描述数据结构，较之用点、线、面的描述更为精炼，且可将实体模型作为特征模型的底层。2.2特征建模方法特征模型是通过特征建模技术建立的适用于产品数据交换的计算机内部数据表达模式。特征建模

11、方法决定着软件系统的整体设计方案。常用的特征建模方法有交互式特征定义、特征识别和基于特征设计。本文采用基于特征设计的特征建模方法，它是用户直接用特征来定义零件，即将特征库定义特征实例化后，以实例特征为基本单元建立特征模型，而不是事后从几何模型中去识别。2.3特征模型结构特征建模要确定特征表达和特征定义方法，将特征的有关信息以一定形式记录在计算机内部。本文根据成组技术的基本原理将构成零件的特征分为3大类：形状特征、技术特征和管理特征。用巴科斯诺尔范式(BNF)描述零件特征模型为：= ：= ：= ：= 零件特征模型结构，如图2所示。图2零件特征模型结构形状特征模块用于描述零件几何形状和尺寸相关的信

12、息。根据形状特征在构造零件中所起的作用不同，可分为主要形状特征(简称主特征)和辅助形状特征(简称辅特征)两类。主特征是用来构造零件的基本几何形状特征(如外圆柱面等)；辅特征是从属于主特征的几何形状特征，是对主特征的局部修饰，反映了零件几何形状的细微结构(如退刀槽等)。辅特征依附于主特征(如键槽依附于圆柱面)，也可依附于另一辅特征。零件的形状特征是构造零件模型的主干，而形状特征可视为精度和材料特征的载体。如图2所示的零件模型中各个特征之间的关系是通过零件的特征号来表达的。其特征顺序号具有自动调整性，即辅特征的特征顺序号随着主特征的特征顺序号而动态变化。特征顺序号的建立步骤为计算读取输出零件特征顺

13、序号。主特征顺序号的计算主要依据特征绘图模块的调用次数来确定。技术特征模块用于描述零件的制造信息（如材料、热处理、尺寸精度、形位公差、表面粗糙度及其他技术要求）。管理特征模块用于描述零件的管理信息（如标题栏内信息）。基于特征设计所建立的特征模型必须有特征库的支持，建立特征模型库所需的文件有菜单文件、对话框控制程序文件、对话框驱动程序、参数绘图程序、数据文件和幻灯片文件。2.4接口技术1)用户接口：从与AutoCAD的兼容性考虑，采用下拉式菜单建立“特征模型库”，该菜单提供给用户接口命令如“环境设置”、“启动特征模型库”等(包括各特征的提取)。2)外部接口：(1)硬件接口：LISP语言内部函数提

14、供了键盘接口get族函数(如getpoint函数)，用于执行键盘操作；LISP语言内部函数提供了(command)函数，作为与屏幕接口函数，向屏幕输出图形。(2)软件接口：AutoLISP语言具有数据操作的功能，因此在应用程序与AutoCAD之间能建立数据通道，如图3所示，在应用程序中按照顺序生成数据文件(.dat或.txt)，用AutoLISP提供的(open)函数作为软件接口打开并读取该数据文件，最后调用AutoCAD命令绘图，并提取、输出后续CAPP系统所需的数据信息存入数据文件(.txt)中。图3数据流程图3)内部接口：菜单与函数调用接口(load )函数用于装载一个AutoLISP应

15、用程序；对话框调用接口(load_dialog)函数用于对话框调用。对话框信息提取主要应用函数(action_tile)，对话框隐藏技术主要应用接口函数(getkw ord)及关键字函数(initget)。3 零件特征信息提取特征模型的关键是建立代码与其工程意义之间的映射关系。信息提取是用于提取建模时特征数据链表的数据，包括提取形状特征信息、提取标题栏信息和技术要求信息以及在AutoCAD的命令行或文本窗口显示全部提取的数据信息，以便CAD设计者查看已向数据文件(.txt)提取的全部信息，从而正确地向CAPP系统输出信息。AutoCAD的图元实体都具有一个信息存储器，即结果缓冲区，它分为图元定

16、义数据段和扩展图元数据段，扩展图元数据段可供开发者记录有关信息，AutoCAD为开发者提供了由AutoLISP或ADS访问和处理这些数据的途径。通过访问扩展图元数据段，可提取相关信息。对图元定义数据提取其句柄：每个图元都有唯一的句柄(handle)来标识，根据图元句柄，就可以找到其数据，从而获得其特征信息，其DXF组码为5，组值为16进制数(如4C)；对非图形数据的提取有两种情况：(1)扩展实体数据：扩展数据的DXF组码从1000到1071；(2)属性的提取：用户可用ATTEXT命令等处理过程从一个图形中提取属性信息。形状特征的提取是经过绘图应用程序提取AutoCAD常规定义数据缓冲区中的图元

17、定义数据的句柄，再由应用程序提取扩展实体数据；精度特征、材料特征等数据的提取只采用应用程序提取扩展实体数据；标题栏信息和技术要求信息的提取可经过绘图应用程序提取属性，再由应用程序提取扩展实体数据；显示全部提取信息可由如下程序实现：(defun dr-axxtq()(setq file1 (open ”d:/alsp/a.txt” ”r ”)(setq n 0)(while (read-line file1) (setq n (+ n 1) )；while(close file1)(setq file1 (open” d：/alsp/a.txt” ” r ”)(repeat n(setq lin

18、e (read-line file1)(write-line line ) )；repeat(close file1)；defun特征模型的基本数据结构是单向链表结构，如将形状特征的特征标志(Feature-ID)、特征顺序号、特征名、特征类型号、特征位置(插入点、旋转角)和特征参数及参数值等信息依次提取记录在数据文件(.txt)中，而零件的各相互联系的特征链表信息即构成零件。4 结论本文根据先进制造技术的需要，提出了实现CAD与CAPP信息共享与传递的方法，通过特征建模分析和回转体零件特征信息描述与提取的论述，设计出特征建模方案和零件特征信息描述、提取和输出的方案，完成用程序驱动法实现回转体

19、零件特征参数化设计及数据文件的提取，要求设计具有模块化，有利于后继完善和开发，因此本研究对实现CAD/CAPP/CAM集成的研究和发展具有工程实用价值。参考文献:1 唐一平. 先进制造技术M. 北京：科学出版社，20002 王先逵. 计算机辅助制造M. 北京：清华大学出版社，19993 陈思忠等. 基于特征的车身覆盖件参数化建模方法研究J. 北京理工大学学报，2000，20(3)4 BIDARRA R，BRONSVOORT W F. Semantic featuremodellingJ. Computer-aided Design，2000， 32(3)5 孙家广. 计算机辅助设计技术基础M.第2版. 北京：清华大学出版社，20006 李广惠等. 基于AutoCAD的回转体识别与信息提取J. 哈尔滨理工大学学报，2001，6(l)7 张鄂等. 基于特征设计的回转体零件CAD/CAPP集成系统的研究与开发M. 机械科学与技术，2000，19(6)8 清源计算机工作室. AutoCAD 2000i应用开发与实例M. 北京:机械工业出版社，2001