基于特征的CAD系统的开发
基于特征的CAD系统的开发
江苏省泰州第二职业高级中学
闵建
摘 要：根据CAD/CAM集成化的要求，建立了在现有的几何造型CAD系统环境下的零件特征模型，并介绍了基于特征的轴类零件的CAD系统，该造型系统可以满足CAD/CAPP/CAM集成的需要。
关键词：特征模型；CAD系统
随着计算机与信息技术的发展，计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规程设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）等系统也快速独立地发展起来并且分别在产品设计自动化、工艺规程设计自动化和数控编程自动化等方面起到了重要的作用。然而人们越来越发现，采用这些各自独立的系统不能实现系统间的信息自动传递和交换，为此，提出了CAD/CAPP/CAM集成的概念。
CAD是几何模型，这种模型可以很好地描述零件的几何信息，而CAPP和CAM除了要求产品的结构形状，公称尺寸等几何信息外，还大量使用一系列对产品功能极为重要的非几何信息——工程信息，如：尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、材料性能和技术要求等，但从几何模型中要提取和识别这些工程信息是相当困难的。因此，CAD就无法与CAPP/CAM很自然地达到集成。解决这一问题的关键是建立CAD/CAM范围内相对统一的产品定义模型。使其能包含所有几何信息和非几何信息。特征建模正是近几年来为满足这种需要而发展起来的一种新的产品建模方法，它面向整个产品设计过程和制造过程，也能表达产品的制造要求，因而它符合CAD/CAM集成的需要。
本文基于特征造型的原理，介绍了一个基于特征的轴类零件CAD系统的总体设计方案及其关键技术。
1、系统的总体结构
图1、系统的总体结构
这几个模块的主要作用分别为：特征形状处理模块用来处理特征模型中的几何要素构成，内含绘图子模块，以保证图形参数化的实施；特征参数输入模块用来输入零件的形状和精度参数；特征定义模块在定义特征模型数据结构的基础上，指定各尺寸的测量实体，输入相关的非几何约束，建立约束机制，形成特征模型存入特征库中；特征编辑模块完成特征数据的修改或特征的修改；特征造型模块调用绘图模块，构造零件模型。
2、关键技术
2.1、特征形状处理
任何复杂零件都可以看成是由若干特征构成的组合体。我们把构成零件的主要轮廓的一些单元作为该零件的主特征。如：圆柱，圆球等。把倒角，键槽，退刀槽等作为辅特征，它是用来修饰主特征的，它可以附加在主特征上。特征都是预先定义好的，存在特征库中。在特征形状处理时以人机交互方式进行，其工作界面如图2所示。根据各辅特征在主特征上的附加情况及各主特征间的顺序，把各特征的特征号依次填入，按确定按钮后，所填信息被保存到该零件的信息库。待特征参数输入后调用自动化绘图模块绘出零件图。
图2、特征形状处理界面
2.2、特征参数输入
本系统零件的形状信息和精度信息也是通过人机交互界面方式进行的。其工作界面如图3所示。
图3、形状信息输入界面
下面是形状信息参数输入部分的VB源代码：
Dim Yz As New applicationYuanZhu
Yz.yuanzhu.xuhao = Val(Text4.Text) ‘输入特征序号（即特征的调用次序）
Yz.appDWCC.dwcc.YuanZhuHao = Val(Text1(1).Text ‘定位尺寸的圆柱号（即特征号）
Yz.appDWCC.dwcc.ChiCunZhi = Val(Text1(0).Text) ‘定位尺寸值
Yz.appDWCC.dwcc.GongChaDengJi = Val(Text1(2).Text) ‘定位尺寸的公差等级
Yz.appDWCC.dwcc.ShangPianCha = Val(Text1(3).Text) ‘定位尺寸的上偏差
Yz.appDWCC.dwcc.XiaPianCha = Val(Text1(4).Text) ‘定位尺寸的下偏差
Yz.appDWCC.dwcc.BeiCeYaoSu1 = Text1(5).Text ‘定位尺寸的被测要素1
Yz.appDWCC.dwcc.BeiCeYaoSu2 = Text1(6).Text ‘定位尺寸的被测要素2
Yz.appDXCC.dxcc.YuanZhuHao = Val(Text5(0).Text) ‘定形尺寸的圆柱号（即特征号）
Yz.appDXCC.dxcc.ChiCunZhi = Val(Text5(1).Text) ‘定形尺寸的尺寸值
Yz.appDXCC.dxcc.GongChaDengJi = Val(Text5(2).Text) ‘定形尺寸的公差等级
Yz.appDXCC.dxcc.DaiHao = Text5(6).Text ‘定形尺寸的基本偏差代号
Yz.appDXCC.dxcc.ShangPianCha = Val(Text5(3).Text)
Yz.appDXCC.dxcc.XiaPianCha = Val(Text5(4).Text)
Yz.appDXCC.dxcc.BeiCeYaoSu = Text5(5).Text
Yz.saveYuanZhu 3 ‘保存
其中Yuanzhu 、Dxcc 和Dwcc 分别是圆柱特征、圆柱特征的定形尺寸及公差和定位尺寸及公差的动态连接库文件。在本子程序中必须先对这几个文件进行引用。
2.3、特征定义
本系统中，我把特征定义模块做成了动态连接库文件（DLL文件），以便引用。
下面介绍一下其数据结构。（见图4）
图4、轴的特征模型的数据结构
说明：图4中左起第一列是指轴的信息，第二列是指轴中特征单元的信息，它们间的关系是1：N的关系（即一个轴对应多个特征单元）。其余部分即为每个特征单元的信息。
2.4、特征造型
利用特征造型模块按照序号依次从特征库中读取相应的特征参数，调用相应的特征绘图模块，采用各特征拼合，绘制整体零件图。利用特征号可以检索出相应的信息参数，调用相应的特征绘图模块，完成其参数化绘图。
3、结论
由于设计者直接面向特征进行零件的造型，因此，操作方便，并能充分表达设计意图，用这种方法建立的特征模型，具有丰富的工程语义，为后续应用提供了方便。
参考文献：
(1) 孙兴伟，单光坤。基于特征的CAD系统设计。 沈阳工业大学学报2001（4）
(2) 王贤坤。机械CAD/CAM技术。机械工业出版社
基于特征的CAD系统的开发
