1 引言

     智能CAD 係統（tǒng）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（shí）,不必考慮特征單元中幾何（hé）元（yuán）素的（de）確定位置, 而隻需保證其（qí）拓撲結（jié）構正（zhèng）確, 同時交互輸入相應的（de）尺寸參數, 通過（guò）尺寸（cùn）參數（shù）值的變化來生成結構相同（tóng）而參數不同的特征單元族。對於作為特征單元的標準件,因為數據有據可查, 需將邏（luó）輯上相關的（de）標準件按類建成數（shù）據庫, 並且進行互聯編程, 實現各模塊間數據的有效變換。用特征單元模型（xíng）可以自動模型化零件。根據（jù）模塊化程序的形式可以保存和存儲圖形形狀的描述。形狀和尺寸在工（gōng）程語義允許的範圍內可以自動（dòng）變化。這些特征單元具（jù）有功能、加工和形狀特（tè）性。

    經過對兩個型號的衝剪機床（chuáng）的（de）246 個零件的（de）研（yán）究, 其中箱體類零件7 個, 利用特征單元能夠（gòu）建模的箱體類零件4 個, 經過對一種型號（hào）富陽起重機工具的88 個零件的研究, 其中箱體類零（líng）件5 個、利用特征（zhēng）單元能夠建模的（de）箱體類零件3 個, 利用特征（zhēng）單元可以方便對產品零件建模。本文開發（fā）這個係統, 對於將來的推廣應用和進一步研究具有普遍意（yì）義。從溫州衝剪機（jī）床廠和富（fù）陽起重工具（jù）廠應（yīng）用實（shí）踐表明,這個係（xì）統對於產品的開發和設計, 是簡單適用的。

2 特征（zhēng）單元

    基於特征（zhēng）單元的零件設計是產品設計的基礎。特征單元是設計的最基本單元, 也（yě）是加工的單元。鑄造（zào）箱體類等很多零件都是從毛坯（pī）經過冷、熱加工得到（dào）的。因此, 根據合理化工程的哲理提取出同類零（líng）件相似的功能結構, 作為基本的單元。可以減少由於設計者不同（tóng）造成設計結果（guǒ）不同的零件數量爆炸的缺點, 通過特征單元的產（chǎn）品建模, 可以讓設計者自由設計（jì）而設計的工程意義可以通過特征單元來保證, 降低了係統（tǒng）對設計者的要求, 提（tí）高了設計效率。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 所示（shì）, 詳細見文獻[ 6] 。

3 基於特征單元的箱體類（lèi）零（líng）件自組織設計

    泵（bèng）體、閥體和機體等機器或部件的外殼、機座、主體等均為箱體類零件。這類（lèi）零件需要（yào）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動的齧（niè）合精度, 是一台機器中的重要部（bù）件, 約（yuē）占一台機器重量的一半左右。一（yī）台機器中箱體類（lèi）零件設計的好（hǎo）壞與否, 直接影響到一台（tái）機器的尺寸、重量、成本以及精（jīng）度, 所以設計時應綜合考慮溫度、強度、剛度使用要求及鑄造、機械（xiè）加工和（hé）裝卸工藝（yì）多方麵因素, 但是箱體的結構和受（shòu）力（lì）比較複雜, 一次設計分（fèn）析能達到（dào）產品要求還有一定（dìng）差距, 箱體零件具有（yǒu）以（yǐ）下顯著特點:

         ( 1) 內外形狀較為複雜, 毛坯多（duō）為（wéi）鑄件。由於結構（gòu）複雜, 一般需要三視圖來表達一個（gè）完整（zhěng）的箱體零件（jiàn）。

        ( 2) 主要用於承托軸瓦、套和（hé）軸承等, 容納軸、齒輪、彈簧（huáng）、葉輪（lún）和潤滑油等, 保（bǎo）護內部零件。因此常（cháng）帶（dài）有空腔、軸孔、內外承壁、肋、凸台等結構。

         ( 3) 常用的底板、底座和機架等與地麵連接（jiē）固定, 因此常帶有定位銷孔、螺孔、光孔和凸台結構。

        ( 4) 為使軸承和運（yùn）行（háng）零件得到潤滑, 在箱底和壁（bì）部有油標和凸台等。

         箱體類零件特（tè）征單元的空間的位置難以（yǐ）確定（dìng）,描述（shù）困難, 但通過對箱（xiāng）體類零件（jiàn）的分析可（kě）知, 箱體的總體輪廓形狀大致為六麵體形狀, 其餘的特征單元分布在六個方位上。本文用方（fāng）位層次樹表達特征單元的分布。特征單元是構成零件形狀的基本要素,箱體類零件的（de）特征單元之間的關係分為兩種, 一種是主要的特（tè）征單元之間的鄰接關係, 一種是（shì）主（zhǔ）要特征單元和輔助特征（zhēng）單元之間的從屬關係; 一（yī）個主要特征單元可能與（yǔ）多個其它主特征單元拚接, 多個輔助的特征單元（yuán）可能從屬於一個主要特征單元。這種複雜的結構對於計算機內部處理極為不方便。利用（yòng）方位層次樹可以形成一個二叉樹（shù）的數據結構形式。由於二（èr）叉樹結構（gòu）的各種（zhǒng）算法十分成熟, 因此, 零件結構可以清晰表達。六個方位為上、下、左、右、前（qián）、後（hòu）;其標識為1, 23, 4, 5, 6。簡單箱體和方（fāng）位二叉樹（shù）如（rú）圖2 所示。

   箱體的特征單元的總體（tǐ）形狀（zhuàng）是比較複雜, 因此,總結歸納一些主要的輪（lún）廓形狀作為基本（běn）的（de）特征（zhēng）單元。輔助特征單元是具有許多相似的結構（gòu）, 因此, 可以在不同（tóng）箱體之間通（tōng）用, 保證設計的（de）合理性和減少工夾具（jù）數量, 提高設計（jì）效率。箱體零件特征單元的自組織算法如下:

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

則。

STEP 2: 如果要進行拚接, 則點選任意輪廓單元的內部區域（yù）。係統自動識別視圖和區域; 否則轉移到” STEP 4”。

STEP 2.1: 如果視圖是方位1, 則繼續; 否則轉到

“ STEP 212”。

STEP 2.1.1: 自動識別區域拚接輔助特征單元特性。

STEP 2.1.2: 選擇特征單元, 輸（shū）入參（cān）數, 激活規則。

STEP 2.1.3: 係統進行（háng）拚接。

STEP 2.1.4: 如果需（xū）要繼續拚接, 則（zé）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（dào）

“ STEP 213”。

STEP 2.2.1: 自動識別區域拚接輔助特征單元特性（xìng）。

STEP 2.2.2: 選擇特征單元, 輸入參數, 激活（huó）規則。

STEP 2.2.3: 係統進行拚接。

STEP 2.2.4: 如果需要（yào）繼續拚接, 則返回（huí）到

“ ST EP 2.2.2 “。否則返回到

“STEP 2”。

STEP 2.3: 如果視圖是方（fāng）位3, 則繼續; 否則轉到

“ STEP 2.4”。

STEP 2.3.1: 自動識別區域拚接輔助特征單元特性。

STEP 2.3.2: 選擇特征單元, 輸入參數, 激活規則。

STEP 2.3.3: 係統進行拚接。

STEP 2.3.4: 如果需（xū）要繼續拚接（jiē）, 則返回（huí）到

“ST EP 2.3.2 “。否則返回到

“STEP 2”。

STEP 2.4: 如果視圖是方位4, 則繼續; 否則轉到

“STEP 2.5”。

STEP 2.4.1: 自動識（shí）別區域拚接輔助特征單元特（tè）性。

STEP 2.4.2: 選擇特征單元, 輸入參數, 激（jī）活規則。

STEP 2.4.3: 係統（tǒng）進行拚接。

STEP 2.4.4: 如果需要繼續拚接, 則返回到

“ST EP 2.4.2 “。否則返回到

“ STEP 2”。

STEP 2.5: 如果視（shì）圖是（shì）方位5, 則繼續; 否（fǒu）則轉到（dào）

“”STEP 2.6”。

利用特征（zhēng）單元進行建模的部分箱體示例如圖3所示。箱體（tǐ）類零件由於其形（xíng）狀複雜, 因此（cǐ）, 采（cǎi）用輪廓和內（nèi）部特征單元分（fèn）類進行（háng）歸納, 輪廓特征單元初（chū）步具（jù）有該類產品（pǐn）零件的形狀, 內部特征單元, 可以隨著該類零件的特（tè）點進行組合與互換, 形成同類箱體的變型產品, 增加了設計的柔性, 同時（shí）由於內部特征單元的規範化和合理化, 控製了設計零件和工夾具數量, 縮短了產品（pǐn）設計開發（fā）周期, 減少了產品成本。

4 小結

     針對機械產品的結構形狀提取出特征單元, 使特征單元的變換與產品的設計過程相結合, 真正把特征單元（yuán）變成設計師思考和創造（zào）的語（yǔ）言。利用特征單（dān）元的（de）ICON 信息（xī）可以方便地進行產品（pǐn）零件的建模（mó）。

     本文實現了基於特征單（dān）元的（de）箱體類產品設計,提出了一係列操作算法。作為支持設計全過程的產品信息設計的特征單元技術, 使設計工作在更高層次上進行, 使設（shè）計師擺脫了傳統的基於幾何拓撲的低層（céng）次交互設計方法, 集中精（jīng）力處理高層次的設計（jì）問題, 使得設計更加快速和方便, 促（cù）進了智能CAD的發展。