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相交特征的自动识别及其在STEP-NC的应用

欧道江  
【摘要】:由于工业界的迫切需要,CAD/CAPP/CAM的一体化已经成为研究人员主要追求的目标之一,然而CAD、CAPP和CAM的有机集成仍面临很多困难,困难之一就是缺少CAD和CAPP之间的智能转换接口。之所以需要建立CAD,CAPP之间的智能转换接口,是因为CAD系统采用实体模型或设计特征来表示产品,而CAPP需要的却是基于加工特征的产品表示。因此特征识别就是最理想的选择。特征识别的方法很多,主要是包括基于图、痕迹、体积分解方式,或者其中两者组合起来等方法,遗憾的是至今仍没有一套成熟的特征识别方法,它所遇到的瓶颈是相交特征的识别问题。 本世纪初,国际化标准组织出版了STEP AP224,将其作为ISO10303的一部分标准协议。它对特征进行标准化定义,属于产品数据定义中的机械产品数据定义。随后进一步发布了STEP-NC数据模型标准,其中包含了基于特征的加工技术。尽管近些年在相交特征识别上的研究热情依然不减,但在基于STEP-NC数据模型的相交特征识别的研究工作却非常少。 本文的研究工作是以STEPAP203文件为输入,采用基于图和痕迹的特征识别方法识别相交特征,最终形成STEPAP238文件,不过并没有添加工艺信息,只对加工特征进行描述,但是整个过程遵循STEP-NC数据模型标准。特征识别过程包括加工特征邻接图的构造、相交特征的判定、相交特征的分割、加工特征的匹配和加工特征的STEP-NC表示五个组成部分: (1)加工特征邻接图的构造是将STEP AP203文件导入到内存,转换为几何实体对象,通过遍历对象的面和边,构造一个面边邻接图,然后添加相关属性后形成属性邻接图,最后移除属性邻接图中的轮廓面顶点之后形成的连通子图; (2)相交特征的判定是通过判断加工特征面上是否包含凸边来识别的。在进行判定之前,将与外轮廓面相连的凸边排除在外; (3)相交特征的分割是通过为包含凸边的特征面建立一个有序相交特征拆分因子队列,因子考虑了特征几何体不相交、凸边的数量和基面优先等因素,最后按因子队列的先后顺序添加虚面,较好的实现了相交特征的分离; (4)加工特征的匹配是通过对特征基面进行编码,将这些特征编码存储于Sql Server2005中,借助当前比较成熟的数据库查询技术识别出加工特征,避免使用可能非常耗时的子图匹配算法。其中特征基面是指与加工特征其它面都相邻的面,如果一个特征没有特征基面,如孔特征,则通过其边界构造一个虚拟的特征基面; (5)加工特征的STEP-NC表示是指按ISO10303‐238标准协议描述加工特征,即采用参数化来描述一个加工特征,以STEP AP238文件形式输出。


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