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(jì)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(shí)際應(yīng)用情況來(lái)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(dòng)態(tài)多變的客戶需求和應(yīng)對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。實(shí)現(xiàn)信息集成與過(guò)程集成是實(shí)施數(shù)字化制造的關(guān)鍵,本文通過(guò)對(duì)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(diǎn)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(shí)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(shí)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(shí)別及其向不同領(lǐng)域應(yīng)用特征映射的方法。該方法通過(guò)對(duì)零件曲面進(jìn)行全局曲率分析,根據(jù)曲率分布對(duì)曲面進(jìn)行分類和分割,以獲得對(duì)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(dòng)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(guò)將領(lǐng)域知識(shí)從特征映射過(guò)程中分離,本文建立了一套覆蓋產(chǎn)品模型映射全過(guò)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(jì)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(shí)、算法及知識(shí)推理技術(shù)的支持下,根據(jù)自身需求對(duì)映射接口加以實(shí)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(tái),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(shí)現(xiàn)方法。
　　 CAPP系統(tǒng)作為實(shí)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(duì)于塑性成形產(chǎn)品而言,一般會(huì)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(jì)。對(duì)此,本文提出將多視域模型映射平臺(tái)作為不同CAPP系統(tǒng)公共的前端服務(wù)平臺(tái),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(shí)庫(kù)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(duì)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(duì)

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(jì)算輔助注塑模具設(shè)計(jì)的重要研究?jī)?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(jì)優(yōu)化的基礎(chǔ)。本文基于多視域模型映射平臺(tái)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(shí)別算法的優(yōu)點(diǎn),彌補(bǔ)了現(xiàn)有算法不能有效識(shí)別含有自由曲面零件模型側(cè)凹特征的缺陷。通過(guò)運(yùn)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?jì)算問(wèn)題。其中針對(duì)不同類型的側(cè)凹特征(集合),可采取單一方向或一對(duì)反方向兩種方案對(duì)其進(jìn)行脫模分析,使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際生產(chǎn)的需求。以上信息無(wú)論為面向注塑件的DFM分析還是為計(jì)算機(jī)輔助注塑模具設(shè)計(jì)都提供了重要的決策支持。
　　 現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)模式要求設(shè)計(jì)和分析緊密結(jié)合,以實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)—評(píng)價(jià)—修改設(shè)計(jì)”過(guò)程的集成化。由于目前CAD與CAE系統(tǒng)大多獨(dú)立開發(fā),兩者對(duì)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(shí)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(yǔ)義和幾何信息,提出了基于特征的模型簡(jiǎn)化及多種算法聯(lián)合運(yùn)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(jì)”到“評(píng)價(jià)”流程的自動(dòng)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(jì)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(lái);此外,針對(duì)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