基于模型定义的孔特征实例化方法及应用.pdf

信息技术晏阳等基于模型定义的孔特征实例化方法及应用基金项目:国家重点研发计划课题项目()国家重点研发计划重点专项课题项目()第一作者简介:晏阳()女安徽阜阳人硕士研究生研究方向为数字化装配.:./.基于模型定义的孔特征实例化方法及应用晏阳田威胡俊山李鹏程葛朝廷钱晓硕(南京航空航天大学 机电学院江苏 南京)摘 要:针对自动钻铆过程中对于装配信息的需求设计一种基于模型定义的孔特征实例化方法 以孔特征为单元利用孔特征实例模板的循环匹配创建实现产品装配工艺信息的数据定义 根据实际加工需求进行未定义孔特征实例信息的属性值添加保证装配信息的完整性通过将装配信息储存在产品装配信息数据库中实现向后续制造活动的信息传递 实验表明:该方法可以有效实现装配信息的组织和传递有效驱动机床进行制孔加工作业实现、系统数据源的统一关键词:自动钻铆平台装配孔特征建模实例化中图分类号:.文献标志码:文章编号:()():.:引言随着计算机辅助设计()技术以及计算机辅助制造()技术的快速发展改变了传统以工程图样为主、三维数字模型为辅的制造方式数字化制造技术成为制造业信息化的发展趋势 基于模型定义的数字化设计与制造技术通过将二维图样所定义的工艺描述信息、属性信息和管理信息附着在产品的三维模型中实现产品信息向工艺准备和生产制造活动中的传递 文献综合制造特征的几何形状要素与制造信息要素通过定义产品不同制造特征的信息内容和信息关系获取相对应的制造特征实例信息从而将产品模型转化为制造特征信息的集合文献以飞机自动化装配过程为例针对飞机产品建模特点建立装配孔工艺特征模型深入剖析了孔工艺特征的添加技术为后续制造活动提供信息支持综上所述现有的基于模型定义的信息建模主要分为两类:)通过特征识别方法获取产品模型中所包含的几何拓扑信息和特征关系信息实现产品信息向加工生产的传递和推演但是这种方法包含的特征类型过多有大量的无用冗杂信息)按照工艺规划对加工信息的需求将信息进行组织和划分并向生产加工过程传递但是这种方式仅能完成已在数模中进行定义的加工信息无法根据实际加工需求完成未定义加工信息的定义和赋值针对上述问题本文提出一种基于模型定义的孔特征实例化方法从信息的本质关系上解决了自动钻铆装配过程中孔位信息的来源问题:通过建立孔特征实例模板实现数模中已有信息的传递对于没有形成完整定义的孔特征模型根据实际加工需要进行未定义实例信息的定义之后再进行数据输出从而实现制造信息向生产活动的有序传递 产品装配信息实例化尽管大多数产品数模在设计时采用了几何特征作为建模方法但是在实际加工生产中往往难以将产品设计特征和加工相统一需要实现从设计特征向加工特征的映射信息技术晏阳等基于模型定义的孔特征实例化方法及应用.孔特征实例化概念描述孔特征实例模板是实现批量封装孔特征实例信息的前提 通过将具有相似几何特征、相似加工方式的孔特征进行抽象定义进而将孔特征类型定义为一种包含几何属性和装配信息属性以及相应层次关系的模板()()式中:为孔特征类型、分别代表所包含的几何特征属性、几何形面属性、尺寸属性、尺寸公差属性和注释属性 是孔特征与其所关联属性之间的关系孔特征实例表达为()()式中:为孔特征实例、分别为构成孔特征实例的几何特征、几何形面、尺寸值、尺寸公差值和注释内容 分别定义为孔特征制造实例与其所关联的形状信息之间的关系以及孔特征模板到孔特征实例之间的匹配关系如图 所示以孔特征为单位按照孔特征实例模板中的属性定义匹配获取工艺信息使每个孔特征制造实例具有孔特征模板所定义的几何特征属性值和装配信息属性值从而实现孔特征的实例化12=FD12=FD22AIIxyzDL=FD图 孔特征模板和孔特征实例.装配信息实例化应用基于上述孔特征实例化方法在 平台利用 方式中的()进行二次开发 通过判断装配信息完整性将未定义的装配信息添加到产品数模上实现最终产品数模的建立 在后续规划中以该信息模型为数据源提取后续装配所需要的几何信息和非几何信息并将装配信息导入装配信息数据库中为后续制造活动服务 应用过程如图 所示5 32A=F8/=F=F4E=FF8图 实例化应用过程 装配信息应用实例.制孔坐标获取在自动化装配过程中客观存在的制造误差、装配误差会随着尺寸链的积累最终反映在实际加工孔位上因此理论数模与被加工工件的一致性往往难以保证 在箱体装配时为保证钻铆加工的效率往往采用人工在制孔区域的边角制出预连孔并进行预连接 通过将预连孔定义为基准孔来构造孔位误差补偿模型以基准孔的偏差向量计算待制孔偏差实现待制孔的理论位置补偿 按照实际加工流程将孔特征类型划分为基准孔和加工孔并分别对其进行定义实现孔工艺信息的分层次、分组定义 图 所示为以某航空大部件试验件为对象进行孔特征实例化生成举例1131SPDFTT-JTU1SPEVDU-JTU3FTPVSDFT-JTUHPOHKJBOHPOHKJBO-%+-%+-3UU23U23U1SPDFTT-73-99=99=TMEBTN1BSUTPMJE99=99=TMEBTN1BSUTPMJE99=QSU99=QSU=QSU=QSU=QSU=QSU=QSU=QSU=QSU-F3图 孔特征实例化生成举例信息技术晏阳等基于模型定义的孔特征实例化方法及应用 由于箱体试验件尺寸较大故选择其局部区域进行制孔实验 这里选取蒙皮上、下两排孔带进行制孔制孔区域孔位分布如图 所示其中、为该制孔区域的边角基准孔待制孔呈线性均匀分布9+DxyCAB图 试验件孔位分布图按照孔特征实例化流程进行加工信息的封装 并将封装的理论坐标和法矢提取出来作为制孔的依据 试验件制孔区域基准孔理论坐标如表 所示表 边角基准孔理论坐标单位:基准孔()(.)(.)(.)(.).实际制孔分析为了验证孔特征实例化方法的有效性以箱体试验件为实验对象搭建自动化钻铆平台 自动钻铆平台包括复合加工机床、钻铆末端执行器、旋转工装和试验件等 提取实例化方法所输出的加工孔装配信息驱动机床进行自动钻孔实验每个桁条共制 个孔位共计 个孔 制孔完成后的试验件如图 所示、为基准孔自动制孔的顺序为“”图 制孔完成后的试验件 对制孔完成后的试验件进行分析:按照孔特征实例化方法封装的装配信息可以顺利驱动机床进行制孔加工作业验证了模型封装信息的完整性 利用激光跟踪仪及其附属的测绘软件完成制孔位置精度的评估制孔点在桁条、上呈线性分布且孔间距在(.)孔排距在(.)由此可以看出根据实例化方法导出的数据可以实现机床的规律制孔但加工孔位置精度较低 这是由于没有进行孔位修正导致理论加工孔和实际加工孔之间存在误差造成的为确保孔位精度满足加工要求后续应构建孔位修正模型进行孔位修正 结语)针对自动钻铆过程中对孔特征工艺信息的需求利用孔特征模板匹配获取孔特征实例信息并传递到装配信息数据库解决钻铆装配工艺数据来源问题)以某航空大部件箱体试验件为实验对象搭建自动化钻铆平台 实验结果表明:依据孔特征实例化方法建立的产品数模包含进行装配作业的全部加工信息可以有效驱动机床进行制孔加工作业参考文献:葛晨乔立红.制造特征信息建模及其实例化方法.计算机集成制造系统():.:/:.陈亚丽田威廖文和等.基于 的飞机自动化装配孔工艺特征快速添加技术.航空制造技术(增刊):.于芳芳郑国磊任文杰等.基于设计特征模型的加工特征映射技术.北京航空航天大学学报():.孙新月田威胡俊山等.基于遗传算法的插值 曲面孔位修正方法.北京航空航天大学学报():.收稿日期:(上接第 页)参考文献:郭生荣.航空机电系统综合技术发展.航空精密制造技术():.刘晓军刘金锋倪中华等.基于三维模型的机加工工艺设计关键技术.机械制造与自动化():.谢飞郭宇张红蕾等.基于图和子图同构算法的制造特征识别方法.南京航空航天大学学报():.齐吉燕.基于工艺路径规划的加工工序模型构建研究.西安:西安建筑科技大学.尚佳策.飞机舵机壳体数控加工快速编程系统研究与开发.南京:南京航空航天大学.(/):.:.余莹.模型驱动的航空环控散热器总装焊接夹具变型设计.南京:南京航空航天大学.收稿日期: