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基于特征信息传递的零件结构设计及其工艺几何分析方法研究

田韶鹏  
【摘要】:随着市场竞争的加剧,为了缩短产品开发周期和降低制造成本,在产品的开发过程中,工业界普遍采用了基于产品族的零件设计和变异式工艺规划策略。现在这种策略存在的重要问题就是设计工具智能化较低、设计重用困难、现有工艺资源的加工能力判定方法不便操作和零件设计信息向工艺规划等下游阶段传递不畅等。基于这种情况,本文在研究和分析相关领域国内外现状的基础上,结合零件设计与工艺规划过程的特性,提出了基于特征信息传递的零件结构设计和工艺几何分析理论。 提出一种根据功能要求和功能固有关系自动生成记有设计依据的零件特征结构模型的方法。该方法首先根据已给的功能固有关系,通过引入若干中间功能,生成完备的功能依赖图,在功能依赖图的基础上,根据功能与局部特征结构的映射关系,合成用特征依赖图表示的零件整体特征结构,形成参数化零件设计空间。提出基于CSG 方程求解的几何模型等价关系确定方法。基于参数化半空间概念给出参数化CSG 模型的一般形式,通过分析不同CSG 模型中参数化半空间之间的关系,提出CSG 模型等价的模型参数不等式约束关系,并由此定义等价参数域,借助于线性代数领域中新提出的Γ-算法,求解这些不等式,最终得到等价参数域的显式表示,进而推导出等价参数域上不同模型参数之间的映射关系。 提出多工位共用安装的夹具布局设计方法。针对加工过程中的多个工位共用安装的情况,通过调整定位点的布局,采用特征值优化方法优化由定位点传递至被加工特征关键点处的定位误差,并通过对不同工件增加精度权因子解决了多工位问题。该方法中计算可行依赖夹紧区域的内容可以有效的处理工件中夹紧面为凹面的问题,对加工过程中的夹具设计问题有很强的现实意义。 提出一种基于特征的工件可加工性几何分析方法。通过比较用加工特征表示的串化工件模型和现有的串化加工工艺流程的加工兼容性,来判断现有工艺流程对新引入工件的加工能力。该方法实际上是通过判断两者对应子项(加工操作与工件模型)的加工特征是否匹配、装夹约束和装夹性能是否能够得到满足来实现工件基于特征的可加工性判定。 为验证本文所提出的理论和方法,建立了基于特征信息传递的零件结构设计及其工艺几何分析的体系结构,采用Visual C++6.0、Matalab 6.5 和UG IINX2.0 等开发了原型系统,实现了零件设计、特征转换、多工位夹具设计和工件可加工性几何分析等系统模块,用实例验证了研究成果的正确性和有效性。最后总结了全文,并对进一步的研究方向进行了展望。


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