箱体类零件的特征识别和CAD/CAPP集成

0 引言

    在实际的生产应用中，独立的数字化设计、数字化制造技术已广泛应用，但企业对市场竞争力的追求给设计、制造的集成化程度提出了更高的要求，这也是现有CAD、CAM等计算机辅助软件不断完善发展的方向。不同应用系统间的集成能够有效缩短设计信息到制造信息的转换时间，提高工作人员的工作效率，覃兴等人针对曲轴开发的CAD/CAPP系统，实现了锻件的工艺与模具设计，提高了设计质量。

    CAPP是连接设计与制造的有效桥梁，但现有CAPP系统难以有效利用产品模型的设计信息。CAD/CAPP信息集成能够对企业现有生产经验进行价值的最大挖掘，减少工艺制定过程中对经验知识的依赖性，提高工作效率与质量，且识别到的特征可供下游参考使用，如CAE中细节特征的抑制。为实现设计信息到制造信息的快速转换，减少人工参与的工作量，缩短产品开发周期，本文以箱体类零件为研究对象，对特征识别技术进行了研究，利用特征识别实现CAD/CAPP的信息集成。

1 特征识别方法

    箱体是机械产品中一种基础零件，主要用于安装或包容其他零部件，一般结构复杂，加工特征主要由平面和圆柱面构成。本文针对该类零件的几何特点，提出了以面为中心，基于痕迹和规则的混合特征识别算法，如图1所示。其中对面按类型分组，可在不同的面组内实现对应特征的识别，减少特征匹配范围，而补充的工艺信息则能有效地将特征与工艺信息结合起来，以供CAPP使用，实现信息流通。

图1 特征识别算法流程

    1.1 几何数据的提取与重组

    本文以面为中心，利用面的信息实现特征识别，获取的面信息如图2所示。

图2 面的几何信息

    特征识别的一个难点是相交特征的识别，学者们在各方案的基础上提出了混合特征识别方法，但目前还没有一个统一的解决方案可适用于种类繁多、复杂度越来越高的零件的特征识别。本文通过对已获取的几何面信息（痕迹）进行分析，对面进行共面检查，还原被分割前的完整平面的信息，以便于相交特征的识别，其准则如下，具体示意如图3所示。

图3 加工特征面边界获取示意图

    若面1与面2的法向同向且平行，具有相同的数学表达方程，且两者的位置点连线间没有其他几何面，则面1与面2是同一平面被分割而产生，将面1与面2存储到同一数据结构中，以表示加工中的同一平面。

    实现共面信息的判断后，将所有平面进行分组，再在组内排序。其分组依据面的法向，按z、y、z3个主方向进行，排序按每一平面位置点的坐标值进行，例如z轴方向的所有平面按各平面中心位置点坐标的x值进行排序。通过这样的数据处理，可在特征识别过程中搜索同一方向的邻近面进行特征识别，减少特征匹配范围，提高识别效率。