1 引言

     智能CAD 係（xì）統的效率在很大程度上依賴於零部件生成與修改的效率。用戶（hù）在輸入特征單元時,不必考（kǎo）慮特征單元（yuán）中幾何元素的確定位置, 而隻需保證其拓撲結構正確, 同時交互輸入相應的（de）尺寸參數, 通過尺寸參數值的變化來生成結構相同而參數不同的特征單元（yuán）族。對於作為特征單元的標準件,因（yīn）為（wéi）數據有據可查, 需將邏輯上相關（guān）的標準件按類建成數據庫, 並（bìng）且進行互聯編程（chéng）, 實現各模塊間數據的（de）有效（xiào）變換。用特（tè）征單元模型可以自動（dòng）模型化（huà）零件。根（gēn）據模塊化程序的形式可以保存和（hé）存儲（chǔ）圖形形狀的描述。形狀和尺寸在工程語義（yì）允許的範圍內可以自動變化。這些特征單（dān）元具有功能（néng）、加工和形狀特性。

    經（jīng）過對兩個型號的衝剪機床的246 個零件的（de）研究, 其中箱體類零件7 個, 利用特征單元能夠建模的（de）箱體類零件4 個, 經過對一種（zhǒng）型號（hào）富陽起重（chóng）機工具的88 個零件（jiàn）的研究, 其中箱（xiāng）體類零件5 個（gè）、利用特征單元（yuán）能夠建（jiàn）模的箱體類零件3 個, 利用（yòng）特征單元可以方便對產品（pǐn）零件建模。本文開發（fā）這個係統, 對於將來（lái）的推廣應用和進一步研究具（jù）有普遍意義。從溫州衝剪機床廠和富陽起重工具廠應用實踐表明（míng）,這個係統對於產品的開發和設（shè）計, 是簡單適用的。

2 特征單元（yuán）

    基於特征單元的零件設計是產（chǎn）品設計的基礎。特征（zhēng）單元是（shì）設計的最基本單（dān）元, 也是加工的單元。鑄造箱體類等很多零件（jiàn）都是從毛坯（pī）經過冷、熱加工得到的。因此, 根據合理化工程的哲理提取出同類零件相似的（de）功能結構, 作為基本的單（dān）元。可以（yǐ）減少由於設（shè）計者不（bú）同造成設計結果不同（tóng）的（de）零件數（shù）量爆（bào）炸的缺點, 通過特征單元的產品建模, 可以讓設計者自由設計而設計的工程意義可以（yǐ）通過特（tè）征單元來保證, 降低了係統對設計者的要求, 提（tí）高了（le）設計效率。部分箱體特征單元有外輪廓和內部孔等單元如圖1a 和圖1b 所（suǒ）示, 詳細見（jiàn）文獻[ 6] 。

3 基於（yú）特（tè）征單元的箱體類零件自組織設計

    泵體、閥體和機體等機器或部件的外殼、機座（zuò）、主體等（děng）均為箱體類零件（jiàn）。這類零（líng）件需要支承和固（gù）定其它零件, 其作用是保證各個零件的相對位置以及傳（chuán）動的齧合精度, 是一台機器中的重要部件, 約占一台機器重量（liàng）的一半左右。一台機器中箱體類零件設計的好壞與否, 直接影響到一台機器的尺寸、重量、成本以（yǐ）及精度, 所以設計時應（yīng）綜合（hé）考慮（lǜ）溫度、強度、剛度使用要求及鑄（zhù）造、機械加工和裝卸工藝多方麵因素, 但是箱體（tǐ）的結構和受力比較複雜, 一次設計分析能達到（dào）產品要求還有一（yī）定差距, 箱體零件具有以下顯著（zhe）特點:

         ( 1) 內外形狀較（jiào）為複（fù）雜, 毛（máo）坯多為鑄件。由於（yú）結構複雜, 一般需要三視圖來表（biǎo）達一個完整的箱體零件。

        ( 2) 主（zhǔ）要用於承托（tuō）軸瓦、套和軸承等, 容納（nà）軸、齒（chǐ）輪、彈簧、葉（yè）輪和潤滑（huá）油等, 保護內（nèi）部零件。因此常帶有空腔（qiāng）、軸孔、內外承壁、肋、凸台等結構。

         ( 3) 常用的底板、底座和機架等（děng）與地麵連接（jiē）固（gù）定, 因此常帶（dài）有定位銷孔、螺孔（kǒng）、光孔和（hé）凸（tū）台結構。

        ( 4) 為使軸承和運行零件（jiàn）得到潤（rùn）滑, 在箱底和壁部有油標和（hé）凸台等。

         箱體類零件特征單元的空間的位置難以確定,描述困難, 但通過對箱體（tǐ）類零件的分析可知, 箱體的總體輪廓形狀大致為六麵體（tǐ）形（xíng）狀, 其餘的特征單元分布在六個方位上。本文（wén）用方位層（céng）次樹（shù）表達特征單元的分（fèn）布（bù）。特征單元是構成零件形（xíng）狀的基本要素,箱體類零件的特征單元之間的關係分為兩種, 一種是主要的特征（zhēng）單元之間的鄰接關係（xì）, 一種是主要特征單元和（hé）輔助特征單（dān）元（yuán）之間的從屬關係（xì）; 一個主要特征單元可能（néng）與多個其它主特（tè）征單元拚接, 多個輔助的特征單（dān）元可（kě）能從屬於（yú）一個主要特征單元。這種複雜（zá）的結構對於計算機內（nèi）部處理（lǐ）極為不方便（biàn）。利用方位層次樹可以形成一個二叉樹的數據結構形式。由於二叉樹結構的各種算法十（shí）分成熟, 因此, 零件結構可以清（qīng）晰表達。六個方位為上、下、左、右、前、後;其標識為（wéi）1, 23, 4, 5, 6。簡單箱體和方位二叉樹如圖2 所示。

   箱體的特征單元的總（zǒng）體形狀是比較複雜, 因此,總（zǒng）結歸納一些主要的輪廓形狀作為基（jī）本的特征單元。輔助特征單元是具有許多相似的結（jié）構, 因此, 可以在不同箱體之間（jiān）通用, 保證設（shè）計的合（hé）理（lǐ）性和減少工夾具數量, 提高設計效率。箱體零件（jiàn）特征（zhēng）單元的自組織算法如下:

STEP 1: 選擇總體零件的外輪廓特征單元的ICON, 輸入（rù）參數。自動激發圖形單元規

則。

STEP 2: 如果要進行拚接, 則（zé）點選任意（yì）輪廓單元的內部區域（yù）。係統自動（dòng）識別（bié）視圖和區域; 否（fǒu）則轉移到” STEP 4”。

STEP 2.1: 如果視圖（tú）是方位1, 則繼續; 否則轉到

“ STEP 212”。

STEP 2.1.1: 自動（dòng）識別區域拚接輔助特征單元特性（xìng）。

STEP 2.1.2: 選擇特征單（dān）元, 輸入參數, 激活規則。

STEP 2.1.3: 係統進行拚接。

STEP 2.1.4: 如果需要繼續拚接, 則返回到

“ ST EP 2.1.2” 。否則返回（huí）到

“ STEP 2”。

STEP 2.2: 如果視圖是方位2, 則繼續; 否則轉到

“ STEP 213”。

STEP 2.2.1: 自動識別區域拚接輔助特征單元（yuán）特（tè）性。

STEP 2.2.2: 選擇特征單元, 輸入參數（shù）, 激活規則（zé）。

STEP 2.2.3: 係統（tǒng）進行拚（pīn）接。

STEP 2.2.4: 如果需要繼續拚接, 則返（fǎn）回到

“ ST EP 2.2.2 “。否則返回到

“STEP 2”。

STEP 2.3: 如果視圖是方位3, 則繼續（xù）; 否則轉（zhuǎn）到

“ STEP 2.4”。

STEP 2.3.1: 自動識別區域拚（pīn）接輔助特征單元特性。

STEP 2.3.2: 選擇特征單（dān）元（yuán）, 輸入參數, 激活規則。

STEP 2.3.3: 係（xì）統進行拚接。

STEP 2.3.4: 如果需要繼續拚（pīn）接（jiē）, 則（zé）返回到

“ST EP 2.3.2 “。否則（zé）返回到

“STEP 2”。

STEP 2.4: 如果視圖是方位（wèi）4, 則繼續; 否則轉到

“STEP 2.5”。

STEP 2.4.1: 自（zì）動識別（bié）區域拚接輔助特征單元特性。

STEP 2.4.2: 選擇特征單（dān）元, 輸入參數, 激活規則。

STEP 2.4.3: 係統進行拚接。

STEP 2.4.4: 如果需要繼續拚（pīn）接, 則返（fǎn）回到

“ST EP 2.4.2 “。否則返回到

“ STEP 2”。

STEP 2.5: 如果視圖是方（fāng）位5, 則繼續; 否則轉（zhuǎn）到

“”STEP 2.6”。

利用特征單元進行建模的（de）部分箱體示（shì）例（lì）如圖3所示（shì）。箱體類零件由於（yú）其形狀複雜, 因此, 采用輪廓（kuò）和內部特征單元（yuán）分類（lèi）進行歸納, 輪廓特征（zhēng）單元初步具有該類產品零件的形狀, 內部特（tè）征單元（yuán）, 可以隨著該（gāi）類零件的特點進行組合與互換（huàn）, 形成同類箱體的（de）變型產品（pǐn）, 增加了設計的柔性, 同（tóng）時由於內部特征單元的規範化和合理化, 控（kòng）製了設（shè）計零件和工夾具數量, 縮（suō）短了（le）產品設計（jì）開發周期, 減少（shǎo）了產（chǎn）品成本。

4 小結

     針對機（jī）械產品的結構形（xíng）狀提取出（chū）特征（zhēng）單元, 使特征單元的變換與（yǔ）產品的設計過程相（xiàng）結合, 真正把特征單元變成設計師思（sī）考和創造的語言。利用特征單元的ICON 信息可以方便地進行產品零件的建模。

     本文實現了基於特征單元的箱體（tǐ）類產品設計,提出了一係（xì）列（liè）操作算法（fǎ）。作為支持設計全過程的產品（pǐn）信息設計的（de）特征單元技術, 使設計工作在（zài）更高層次上（shàng）進行, 使設計師擺脫了傳統的（de）基（jī）於幾（jǐ）何拓撲的低層次交互設計方法, 集中精（jīng）力處理高層次的設計問（wèn）題, 使得設計更加快速和方便, 促進了（le）智能CAD的發展。