有关钣金零件特征设计的简要概述

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一、钣金件特点和造型要求
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。
3.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。

钣金零件产品造型要求在模具设计过程中,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,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,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。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,3维钣金零件一般具有复杂的空间位置关系,只有根据钣金零件的形状特点进行构造,才可能简化用户操作。

二、钣金件特征设计
1.现有钣金造型方法
目前,已有针对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3D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.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,要建立一个既反映钣金零件特点又能满足CAD/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/E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。
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段。

其中,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,可将零件按多叉特征树形式分解,该特征树的根就是基准形状特征,由于多叉树的操作处理比较麻烦,因而以二叉树的形式表达和处理多叉树。

三、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。

来源:http://www.dgmaipu.com/

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