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1特征造型技術

特征造型技術是近年來一種發展迅速的新興設計技術，還沒有統一的概念，在不同的領域，特征的概念也各不相同。從建模的角度來看，特征的概念是指組成零件實體模型并具有某種特定屬性的基本元素，它可以分為形狀特征和功能特征兩種類型。形狀特征是建模過程中最基礎的特征，是其它特征（精度特征、材料特征、加工特征等）信息的載體[2]。根據形狀特征在建模過程中所起的作用不同，可分為主形狀特征和輔形狀特征兩大類；主形狀特征大致包括：回轉體（圓柱體，球體）和非回轉體（長方體，殼體）等；輔形狀特征大致分為：面（普通平面、弧形面、導軌面）、孔（螺紋孔、通孔、盲孔、階梯孔）、槽（矩形槽、球形槽、U形溝槽）等。功能特征是為實現零件的一系列功能（連接、定位、支撐、傳動）而設計出相應的基本功能單元。設計人員可以依據設計目標所滿足的功能需要，直接定義產品的功能結構，其操作對象不再是基本的形狀特征，而是產品的功能要素，例如鍵槽、倒角、倒圓、連接孔、定位孔、凸臺等。特征建模技術是對參數化建模技術的延伸，在參數化技術的基礎上，對產品的造型特征進行劃分、提取，并把同一類的特征儲存在同一特征庫中，在類似的產品建模時，直接從特征庫中調取所需的特征，利用布爾運算原理進行特征間的快速拼合、粘貼和刪減，從而更進一步縮短了產品研發周期。

2減速機箱體結構特點及特征劃分

2.1減速機箱體結構特點減速機箱體做為減速機重要的組成零件起著支撐、容納、固定、連接的功用，減速機箱體類零件為具有內腔和壁的殼體，此外還常具有附著在箱體上的軸承座孔、凸臺和筋板等結構，并且箱體壁厚度不均。為方便電機的安裝或固定箱體，還常設計有法蘭、安裝底板、定位孔、安裝孔等結構。為了防止雜質進入箱體，箱體需要有良好的密封性，因此箱體上設計有用于安裝密封墊片和氈圈的環槽。箱體內通常盛有潤滑油，是對箱體內部零件起到潤滑、密封、防腐蝕、冷卻和清潔的作用，因此箱體上通常設計有供軸承蓋、安裝箱蓋、油塞、油標、透氣塞等零件的凸臺、凹槽、螺紋孔等結構。減速機箱體結構復雜，且型號規格較多，不同系列的箱體結構差異性大。傳統的減速機箱體設計方法，對設計者而言設計周期長且不能很好的進行箱體的多樣性設計。參數化設計方法是將產品模型中的尺寸信息定量化，使之成為可以調整的參數，通過改變參數的數值，即可得到結構類型相同，而尺寸大小不同的產品模型[3]。參數化設計針對的是相同系列的產品設計，而不同系列的減速機箱體包含大量功能相同的特征，只是系列之間結構布局不同。基于參數化特征建模技術的引入，能很好的解決在進行系列間箱體設計時對相同功能特征的重復設計問題。

2.2減速機箱體特征劃分箱體零件無論何種類型，其形狀一般都由腔體、軸承孔、安裝板、筋板、凸臺，各種連接和定位的孔和槽等結構組成。根據箱體形狀特征和其功能元素與對箱體零件特征劃分成主要特征（簡稱主特征）和輔助特征（簡稱輔特征）兩大類。主特征主要包括：箱體的基本形體、底座、連接法蘭和軸承座等四大類；輔特征主要包括：依附在箱體主特征上的面、孔、槽、筋板和其他特征等五大類。工程設計人員經常要對減速機產品的各個零部件進行建模，常用到一些大同小異的特征，例如帶安裝孔的凸臺、帶凹槽的法蘭安裝系、軸承座等，它們的形狀基本固定，拓撲關系基本不變，在利用它們進行特征造型時，只是大小和位置在基體特征上的改變和其他特征進行聯系，如果每個類似特征都依次進行建模，就會浪費設計者大量的時間，導致設計效率較低，因此在將這些特征分類建庫時，采用參數化設計方法非常合適。

3減速機箱體的基于參數化的特征造型設計

3.1箱體特征造型系統的組成箱體基于參數化的特征造型區別于其他CAD造型方法的主要特點是不再用簡單幾何的方法去設計構造零件,而是引入箱體特征單元作為造型的操作對象,來滿足后續變型設計的目的。本文開發的減速機箱體三維特征造型系統，其組成與功能如下：（1）特征單元造型：建立特征單元庫，構造主特征單元和輔助特征單元，通過用戶交互式界面，輸入特征的形狀種類和幾何參數對箱體進行造型設計，最終得到用戶滿意的箱體。（2）特征單元編輯：對已設計好的特征單元進行動態的編輯、修改、添加和刪除等操作，并與特征庫實現動態連接，隨時更新特征單元庫。基于特征單元的造型設計的系統結構見圖1。圖1系統結構總圖每一個箱體特征元素可以用參數化方式來實現，形成功能特征元素庫設計時，通過輸入適當的結構參數形成具體的功能特征子圖，再由各個功能特征子圖的特定位置和順序組成零件工作圖（以交互方式實現）。

3.2箱體特征造型系統具體操作利用PRO/E自帶的PROTOOLKIT開發包和VC6.0程序設計語言在三維設計軟件PRO/E中建立減速器箱體CAD特征建模系統。通過對減速器特征造型系統進行總體整體規劃，完成系統菜單和人性化的對話框設計，先啟動減速器箱體設計系統界面，選擇需要設計的減速器箱體類型，再按照設計者的要求和意圖，通過選擇需要修改的箱體特征單元的尺寸和形狀參數，然后將已經按要求修改好的各個特征單元進行布爾運算，得出減速器箱體雛形。箱體的特征單元的總體形狀是比較復雜，因此，總結歸納一些主要的輪廓形狀作為基本的特征單元。輔助特征單元是具有許多相似的結構，因此，可以在不同箱體之間通用，保證設計的合理性，減少工作量，提高設計效率。箱體零件特征單元的造型步驟如下：以R系列減速器箱體為例，基于特征建模原理，針對某箱體零件建模過程，輸入減速器箱體的基本設計參數、選擇結構形式和所應用行業，以確定箱體的基本形體尺寸。在pro/e三維設計環境中繪制所需箱體主體和輔助特征，通過使用菜單系統和工具條逐步完成主、輔特征的造型并引入設計環境中。選擇箱體總體的外輪廓主特征單元的圖標，輸入所需的風格類型和設計參數，先新建一個箱體,然后調整需要修改的點、線、面達到設計要求在導入單元特征前，添加特征所需要約束的形狀類型和尺寸參數，如圖2（a）一圖2（c）所示。系統引入主特征單元。然后依次添加軸承座孔、凸臺和筋板等各個特征單元，形成箱體零件的三維模型，如圖5（d）一圖5（g）所示。在基于特征的箱體建模過程中，如圖3所示，設計者往往需要對其特征單元進行修改，已達到滿足設計者所要求的形狀要求。對已經建好的箱體模型，對其輸出端軸承座和底座進行特征變型，其設計修改過程是如下：STEP1：對已建立好的或正在建模的箱體，選擇其上需要修改的特征。STEP2：從特征單元庫中選擇需要修改箱體特征的種類，在其對話框上，選擇需要的該特征形狀，例如，軸承座有圓柱形、圓錐形、矩形等。STEP3：在參數對話框中輸入相應的設計參數，例如，軸承座需要輸入軸承座孔直徑，徑向厚度和外輪廓尺寸等。STEP4：已經定義好的替換特征，系統會自動生成新的模型。若不滿意可以按上述步驟重新操作，直到達到設計要求為止。

4結論

特征造型技術作為當代產品設計技術一個研究熱點越來越引起人們的重視。本文在深入研究了箱體特征造型理論、實體造型技術和產品參數化的基礎上，致力于創建一個智能化的箱體特征造型CAD系統的研究和應用。在產品思想下，引入特征造型技術，從箱體特征分解入手，運用三維實體造型的理論和方法，結合產品造型參數化技術，對箱體零件特征造型CAD系統理論進行研究，并在PRO/E的平臺上二次開發了一個規則的箱體特征造型系統的實例。由于特征技術基本上處于理論探討階段，特別是專門用于減速機箱體特征造型系統尚未有研究者研究，因此本文所做的工作在理論上和實際應用上均具有一定價值。

作者：李勇陳濤付小莉單位：河南機電高等專科學校中原工學院