在理解零件資訊模型的內涵以及分析各種特徵建模方法的基礎上，首先完成了R175A型柴油機連杆特徵規劃和設計，並利用Pro/ENGINEER軟 件三維造型功能和基於特徵直接生成法構建了連杆的資訊模型。最後，對其加工模擬和數控自動程式設計，較成功得實現設計和製造的集成。
【關鍵字】 CAD/CAM? 零件資訊模型? 特徵設計? 加工模擬
??? 如何準確而有效地建立零件資訊模型是CAD/CAPP/CAM集成的核心內容，目前零件資訊模型是基於特徵造型技術。最通常的做法是：先按照特徵分類建立 特徵庫，然後根據造型的實際需要進行基本特徵調用，利用特徵之間的布耳運算建立零件模型。這種方法有幾點不足之處。
??? （1）為了方便地構造各種複雜零件模型，特徵庫盡可能包含所有的基本特徵，這一點目前做起來是比較困難的。
??? （2）當前特徵識別技術還不夠成熟，如何對特徵庫進行有效的管理和控制存在一定的難度。
??? （3）在實際進行零件造型過程中，設計者很難在短時間內快速而準確地選擇所想要的特徵，大大影響建模速度。
??? （4）現有的特徵分類方法與機械加工方法並不是一一對應，一種加工方法可能對應幾個基本特徵，根據特徵和加工方法一一對應的原理，應將其作為複合特徵存儲在特徵庫中，這顯然是不現實的，對於這類矛盾還有待解決。
??? 針對上述不足之處，本文首先明確零件資訊模型內涵，並在分析連杆加工工藝的基礎上，進行特徵規劃和設計，然後利用特徵減造型的方法 （Destructive Modeling with Feature），直接構造零件模型，進而建立零件資訊模型，而不是遵循常規的特徵分類與造型的方法，較成功地實現特徵設計與機械加工過程的統一，即每一 個特徵與連杆每一種加工方法保持一致。
2 基於特徵的零件資訊模型
??? 特徵是用於完整表達零件資訊的集合單元，是一定形狀、語義和抽象的結合[1]。一個完整的零件模型不僅是零件資料的集合，還應反映出各類資料的表達方式及 相互間的關係。只有建立在一定表達方式基礎上的零件模型，才能有效地被各種應用系統接受，完整的零件資訊模型應包括：管理特徵、形狀特徵、精度特徵、材料 特徵和技術特徵如圖1所示。
??? (1) 形狀特徵。描述具有一定工程意義的功能幾何形狀資訊，分為主特徵和輔特徵。主特徵用於構造零件的主體形狀結構。輔特徵用於對主特徵的修飾，它附加於主特徵之上，也可附加於另一輔特徵之上。形狀特徵是產品設計、製造人員考慮問題的焦點，也是其他資訊的載體。
??? (2) 精度特徵。用於描述零件的尺寸公差、形位公差和粗糙度公差等資訊，尺寸與公差特徵是聯繫設計與製造的重要屬性，在特徵設計中，對尺寸與公差特徵進行分析， 並直接對零件資訊模型建立尺寸與公差特徵，可以清楚地表示形狀特徵的非幾何屬性以及形狀特徵之間的相互關係。
??? (3) 材料特徵。用於描述零件材料的種類代號、性能、熱處理方法，表面處理方式等資訊。
??? (4) 技術特徵。用於描述零件的性能、功能等資訊。
??? (5) 管理特徵。用於描述零件的管理特徵，如零件名稱、設計者、設計日期、數量、圖號、版本等資訊。零件的幾何/拓撲資訊是基礎。特徵層是核心，特徵層中各種特 征子模型之間的相互聯繫反映了特徵間的語義關係，使特徵成為構造零件的基本單元具有高層次的工程含義，從而支援CAPP、NC程式設計，加工模擬對零件資料的 需求。
3 三維零件資訊模型的建立
??? 建立零件資訊模型的關鍵是做好特徵規劃，如圖1所示。採用直接建模技術可以分層次對結構進行設計，在不同層次建立相應的參數化特徵模組，每一個特徵由一組 唯一決定該特徵的參數來描述。現以柴油機中的連杆為例，利用Pro/ENGINEER軟體，對三維零件資訊模型的建模方法和設計步驟加以說明。
3.1 連杆功能和結構分析
??? 連杆是發動機中的重要零件，如圖2所示。它將作用於活塞頂面的膨脹氣體的壓力傳給曲軸，推動曲軸旋轉，同時受曲軸的驅動而帶動活塞壓縮汽缸內的氣體。連杆 結構複雜，其通常在大頭處分開為連杆體和連杆蓋兩部分，連杆杆身是工字型截面，而且從大頭到小頭逐步變小。如果不作任何特徵規劃，直接運用特徵造型技術構 建連杆三維模型，造型很容易失敗，難以獲得較理想的結果，因為連杆結構複雜，不是簡單的特徵加減就可以完成的。
圖1 基於特徵的零件資訊模型的總體模型
圖2 連杆的特徵結構
3.2 連杆的機械加工工藝過程分析
??? 連杆特徵設計與機械加工密切相關，每一種加工方法與一個特徵相對應，這是特徵規劃的基本原則。連杆毛坯是鍛造件，連杆體和連杆蓋整體鍛造。連杆的主要加工 工藝過程如下：銑連杆大小兩端面→鑽小頭孔，擴至尺寸值，拉小頭孔，並保證尺寸和表面粗糙值→銑大頭定位凸台→從連杆上切下連杆蓋→?連杆蓋上的螺帽凸 台，鑽螺栓孔，加工螺紋→把連杆和連杆蓋用螺栓固定在一起，鏜大頭孔。
3.3 特徵規劃和設計??????????????
??? 通過以上對連杆功能、結構及加工工藝特點的分析，將連杆模型分成圖2所示的特徵層次，連杆的模型由這些各自獨立的特徵組合而成。
3.4 基於Pro/ENGINEER平臺下連杆的特徵造型
3.4.1 實體模型
??? 本文連杆的實體模型採用特徵減造型方法。所謂特徵減造型方法就是先建立零件的毛坯模型，然後用逐步除去特徵的方式來建立零件模型。下麵介紹連杆具體造型過程 。
??? 1. 連杆的毛坯造型過程
??? (1)確定分模面和拔模斜度，選擇合理的分模面是毛坯鍛造生產的第一步，所以造型過程也應最先確定分模面和拔模斜度。
??? (2) 採用“拉伸”方法，生成連杆的下料模型。
??? (3) 使用“拔摸”方式，生成7°的拔模斜度。
??? (4) 採用“曲面減切材料”的方法，及使用“倒圓角”的功能，產生連杆體中間的連接部分。
??? (5) 採用“減切材料”的方式，得到連杆大頭形狀。
??? (6) 採用“減切材料”的方式，在大頭孔的位置形成沖孔連皮。???????????????
??? 連杆的毛坯如圖3所示。
??? 2.按照連杆的機械加工工藝過程，進行的連杆造型
??? (1) 用“減切材料”方式生成銑大、小兩端面，保證尺寸要求。連杆的大、小頭端面的加工通常是連杆加工過程的最初程式，因為這是整個加工過程中的主要定位基面， 它的加工品質對整個連杆的加工品質都有重要的影響。因此，在造型過程中，要特別注意大、小頭兩端面的構建。
??? (2) 選取同軸“孔”方式生成小頭孔，並保證尺寸和表面粗糙值。
??? (3) 以“旋轉減切材料”的方式生成大頭定位凸台。
??? (4) 以“CUT”方式切開連杆大頭，將連杆分成連杆蓋和連杆體，把連杆分為兩部分是為了能夠滿足後續加工和裝配的需要。
??? (5) 以“拉伸減切材料”的方式?連杆蓋上的螺帽凸台，“孔”方式鑽螺栓孔，採用“螺旋掃描減切材料”的方式生成螺紋。
??? (6) 把連杆和連杆蓋用螺栓裝配在一起，鏜大頭孔。大頭孔與軸瓦及曲軸、小頭孔與活塞銷能緊密配合，減少衝擊的不良影響和便於傳熱，必須要保證大頭孔與小頭孔的形狀、公差，所以在造型中要建好大頭孔與小頭孔的模型。
??? 至此，連杆的三維幾何模型已建立。
3.4.2其他特徵構建
??? 連杆的精度特徵建立，利用Pro/ENGINEER直接在幾何模型上進行操作。Pro/ENGINEER中材料特徵以文本形式附加在模型中，採用“設 置”→“材料”可以直接在文字檔中對材料參數進行定義、修改、刪除等操作。根據連杆的性能要求，選擇連杆的材料為45＃鋼。技術特徵和管理特徵可以通過 外部程式對其進行添加。通過以上步驟，已經完整地建立了一個零件的三維資訊模型，可自動生成零件圖。圖4為通過建模生成的連杆三維模型。
4 數控程式和加工模擬
??? Pro/ENGINEER在設計NC加工製造程式上提供了功能強大的Pro/NC模組。利用它可以建立一個三維加工模擬環境，自動編制的數控加工程式，對 刀具的走刀路線進行模擬，觀察工件的切削情況，驗證是否發生過切及干涉和預測誤差，避免加工失敗。 Pro/NC運用圖像法程式設計技術進行自動程式設計，由軟體引導程式設計，因此程式設計思路清晰。避免了人工程式設計過程中各種不確定因素的幹擾，最大程度地避免了人為誤 差。圖像法自動程式設計技術就是把零件的每個加工過程都可以看成對組成該零件的形狀特徵組進行加工。利用CAPP將CAD和CAM的資訊連接起來，即CAPP 能夠直接從CAD接受零件資訊，生成有關工藝規程檔，並依此為依據，生成NC代碼。利用該技術，使數控程式設計人員不再對那些低層次的幾何資訊（如：點、 線、面、實體）進行操作，而轉變為直接對符合工程技術人員習慣的特徵進行數控程式設計，大大提高了程式設計效率。在數控程式驗證後，將設計加工製造程式所產生的 CL DATA，經Pro/NCPOST進行資料的轉換，可直接得到適用於實際加工所需的NC CODE。
??? 依照Pro/NC設計加工程式的流程，連杆平面的加工過程模擬如圖5所示。
圖3 連杆毛坯模型
圖4 連杆的三維資訊模型
圖5 連杆加工過程模擬
