復(fù)雜塑性成形產(chǎn)品模型多視域映射理論研究及應(yīng)用.pdf

1、隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,CAD、CAE、CAM等單元數(shù)字化技術(shù)已廣泛應(yīng)用到模具制造行業(yè),但從實際應(yīng)用情況來看,大多數(shù)系統(tǒng)仍處于孤立應(yīng)用狀態(tài)或停留在較低層次的信息交換,制約了數(shù)字化技術(shù)效能的進(jìn)一步發(fā)揮,導(dǎo)致企業(yè)難以快速響應(yīng)動態(tài)多變的客戶需求和應(yīng)對激烈的市場競爭。實現(xiàn)信息集成與過程集成是實施數(shù)字化制造的關(guān)鍵,本文通過對塑性成形產(chǎn)品模型多視映射理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究,重點探索了產(chǎn)品數(shù)字化模型在不同開發(fā)階段模型間的映射與轉(zhuǎn)換機(jī)制,以期為數(shù)字化制

2、造技術(shù)在模具企業(yè)中的有效實施奠定基礎(chǔ)。
　　 由于塑性成形零件大多包含復(fù)雜的自由曲面,現(xiàn)有的特征識別技術(shù)難以從含有自由曲面的幾何模型中獲取相應(yīng)的特征信息。本文提出了一種基于曲率域表示模型的通用特征識別及其向不同領(lǐng)域應(yīng)用特征映射的方法。該方法通過對零件曲面進(jìn)行全局曲率分析,根據(jù)曲率分布對曲面進(jìn)行分類和分割,以獲得對應(yīng)于原零件模型的曲率域表示,然后由曲率域表示進(jìn)一步得到零件的形狀特征。根據(jù)凸凹性和拓?fù)湫再|(zhì)的不同,形狀特征可分為7類,

3、并統(tǒng)稱為通用特征。通用特征作為一種既不依賴于具體應(yīng)用領(lǐng)域,又具備一定工程意義的高層次信息載體,可成為產(chǎn)品各開發(fā)活動的共享模型,供不同領(lǐng)域從中獲取自身所感興趣的特征信息。為此,通過將領(lǐng)域知識從特征映射過程中分離,本文建立了一套覆蓋產(chǎn)品模型映射全過程的特征映射機(jī)制及相應(yīng)的應(yīng)用接口,包括:凸凹特征模型的選擇、特征信息的組合、領(lǐng)域特征的匹配以及領(lǐng)域特征附加信息的計算與添加。這些用于模型映射的接口與通用特征模型一同構(gòu)成了面向多視域模型映射應(yīng)用的核

4、心,各應(yīng)用領(lǐng)域只需在領(lǐng)域知識、算法及知識推理技術(shù)的支持下,根據(jù)自身需求對映射接口加以實現(xiàn),便可完成由通用特征模型向該領(lǐng)域應(yīng)用模型的映射與轉(zhuǎn)換。
　　 基于以上思想方法,本文構(gòu)建了相應(yīng)的多視域模型映射平臺,并著重研究了通用特征向制造、分析等領(lǐng)域特征模型映射的實現(xiàn)方法。
　　 CAPP系統(tǒng)作為實現(xiàn)CAD/CAM集成的橋梁和紐帶,已廣泛應(yīng)用到各種制造工藝中。對于塑性成形產(chǎn)品而言,一般會涉及到塑性成形工藝和模具制造工藝兩種工藝的

5、設(shè)計。對此,本文提出將多視域模型映射平臺作為不同CAPP系統(tǒng)公共的前端服務(wù)平臺,避免了各系統(tǒng)直接由底層CAD模型提取自身感興趣的信息,而專注于本領(lǐng)域知識庫和制造資源數(shù)據(jù)的構(gòu)建,并在通用特征這一更高信息層次上進(jìn)行特征映射與轉(zhuǎn)換。本文以沖壓成形和模具加工兩種工藝為例,詳細(xì)討論了各種工藝特征與通用特征間的映射機(jī)制。其中通用特征在領(lǐng)域特征匹配規(guī)則的支持下,其映射對象可覆蓋到各類工藝特征,而不受自由幾何形體及變拓?fù)湫再|(zhì)方面的約束,體現(xiàn)了通用特征對

6、不同應(yīng)用領(lǐng)域特征的適應(yīng)能力。
　　 注塑零件的DFM(Design for Mouldability)分析是計算輔助注塑模具設(shè)計的重要研究內(nèi)容,其中由零件幾何模型得到側(cè)凹特征及其脫模方向等信息,是進(jìn)行DFM分析和模具設(shè)計優(yōu)化的基礎(chǔ)。本文基于多視域模型映射平臺提出了由通用特征向側(cè)凹特征映射的具體方法,憑借通用特征識別算法的優(yōu)點,彌補(bǔ)了現(xiàn)有算法不能有效識別含有自由曲面零件模型側(cè)凹特征的缺陷。通過運用幾何推理與自由曲面可視映射的精確算

7、法,解決了具有復(fù)雜鄰接關(guān)系及包含有自由曲面?zhèn)劝继卣髅撃７较虻挠嬎銌栴}。其中針對不同類型的側(cè)凹特征(集合),可采取單一方向或一對反方向兩種方案對其進(jìn)行脫模分析,使計算結(jié)果更符合實際生產(chǎn)的需求。以上信息無論為面向注塑件的DFM分析還是為計算機(jī)輔助注塑模具設(shè)計都提供了重要的決策支持。
　　 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計模式要求設(shè)計和分析緊密結(jié)合,以實現(xiàn)“設(shè)計—評價—修改設(shè)計”過程的集成化。由于目前CAD與CAE系統(tǒng)大多獨立開發(fā),兩者對產(chǎn)品描述的信息需

8、求及內(nèi)部表示方法完全不同,要實現(xiàn)兩者雙向的集成,離不開大量的人工參與。本文利用領(lǐng)域特征提供的高層語義和幾何信息,提出了基于特征的模型簡化及多種算法聯(lián)合運用的模具型面網(wǎng)格剖分技術(shù)和關(guān)鍵區(qū)域局部加密的板料組合型網(wǎng)格劃分技術(shù),以提高“設(shè)計”到“評價”流程的自動化程度。另一方面,利用模具網(wǎng)格與特征之間的關(guān)聯(lián)信息,建立起分析數(shù)據(jù)與設(shè)計模型間的特征映射,使分析結(jié)果能依附于特征表現(xiàn)出來;此外,針對不同類型的形狀特征,提供了基于傳統(tǒng)造型技術(shù)的半自由特征