基于規(guī)則推理的軸類零件表達(dá)方案自動(dòng)生成方法

【摘 要】為了提高軸類零件設(shè)計(jì)效率，提出了一種基于規(guī)則推理的表達(dá)方案自動(dòng)生成方法。通過分析軸類零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其視圖表達(dá)規(guī)律，給出了表達(dá)方案自動(dòng)生成的流程。根據(jù)零件三維模型得到組成結(jié)構(gòu)及各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系，確定主視圖的投影方向，推理獲得各組成結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案，最后整理得到零件的表達(dá)方案。一個(gè)機(jī)床主軸箱輸出軸的工程實(shí)例，說明了利用該方法確實(shí)能自動(dòng)生成軸類零件的表達(dá)方案。

一、前言

隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展，三維CAD軟件已經(jīng)在制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用[1-5]。但由于在三維模型上表達(dá)尺寸標(biāo)注等工程信息目前缺乏標(biāo)準(zhǔn)，三維模型還無法取代二維工程圖。目前大多數(shù)企業(yè)采用的是三維模型與二維工程圖同時(shí)使用的方法，即在設(shè)計(jì)建模、仿真、分析等工作中采用三維模型，在涉及到尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求等信息描述時(shí)采用二維工程圖。因此，在現(xiàn)時(shí)的CAD應(yīng)用技術(shù)條件下，二維工程圖在實(shí)際應(yīng)用中仍然擔(dān)當(dāng)著重要的角色，工程圖快速生成技術(shù)的研究有重要意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

在目前主流的CAD軟件中，由三維模型到二維工程圖仍然存在效率低下的問題。因此， 按照企業(yè)的要求進(jìn)行CAD軟件的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)二維工程圖的快速生成，可以提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)還可以減輕設(shè)計(jì)人員的負(fù)擔(dān)。表達(dá)方法的自動(dòng)生成是實(shí)現(xiàn)二維工程圖快速生成的核心技術(shù)之一。

軸類零件是機(jī)械產(chǎn)品中的一類的重要零件，主要用來支承傳動(dòng)零部件，傳遞扭矩和承受載荷。在企業(yè)的實(shí)際設(shè)計(jì)、制造過程中，一般利用三維實(shí)體建模，再生成二維工程圖。在生成二維工程圖的過程中表達(dá)方案的選擇依賴設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)化程度較低，效率相對低下，不利于修改和重復(fù)利用。

本文從提高工程圖的生成效率出發(fā)，研究了基于規(guī)則推理的軸類零件表達(dá)方案自動(dòng)生成技術(shù)，并在SolidWorks三維軟件平臺(tái)上進(jìn)行了程序?qū)崿F(xiàn)。

二、軸類零件的特點(diǎn)及視圖表達(dá)規(guī)律

視圖生成是工程圖快速生成的一個(gè)主要內(nèi)容。要實(shí)現(xiàn)軸類零件視圖的自動(dòng)生成需要先對其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和視圖表達(dá)規(guī)律進(jìn)行分析，然后才能確定出合理的視圖自動(dòng)生成規(guī)則。

軸類零件一般由多個(gè)軸段組成，在各個(gè)軸段上可能包含有鍵槽、徑向通孔、軸向通孔、徑向盲孔、軸向盲孔、凹槽、倒角、退刀槽等結(jié)構(gòu)。如圖1所示的軸，共有6個(gè)軸段，在軸段2和軸段5上有鍵槽，在軸段1和軸段6上有倒角，在軸段4上有退刀槽。

針對軸類零件的特點(diǎn)，一般采用一個(gè)主視圖加上一些斷面圖、局部向視圖、局部放大圖等來表達(dá)其結(jié)構(gòu)。例如圖1所示的輸出軸零件的視圖表達(dá)方案：一個(gè)主視圖（主視圖投影方向?yàn)閮涉I槽的方向），兩個(gè)斷面圖（分別用于表達(dá)兩個(gè)鍵槽），如圖2所示。

三、視圖表達(dá)方案的自動(dòng)生成

為了得到視圖的表達(dá)方案，需要針對零件結(jié)構(gòu)做推理。推理流程如圖3所示：

（一）根據(jù)從零件三維模型中讀取的特征建模數(shù)據(jù)，得到零件的各組成結(jié)構(gòu)；

（二）根據(jù)從零件三維模型中讀取的特征建模數(shù)據(jù)，得到各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系；

（三）根據(jù)零件的各組成結(jié)構(gòu)和各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系推理得到零件主視圖的投影方向；

（四）根據(jù)零件的各組成結(jié)構(gòu)和零件主視圖的投影方向進(jìn)行推理，獲得各結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案；

（五）結(jié)合各結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案和零件各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系進(jìn)行推理，得到最終的零件表達(dá)方案。

零件主視圖投影方向的推理確定需要用到零件的各組成結(jié)構(gòu)和各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系。零件上的各種結(jié)構(gòu)都有一個(gè)最能表達(dá)其結(jié)構(gòu)形狀的主方向，例如：平鍵槽的主方向是開槽的方向，半圓鍵的主方向是投影成半圓的方向，圓孔的主方向是投影成圓的方向，凹槽的主方向是開槽的方向（即投影為槽截面形狀的方向），等等。軸類零件上可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)眾多，這里就不再一一列舉。主視圖投影方向的選擇首先必須是主軸線方向，即與各軸段軸線平行的方向；其次，讓盡可能多的結(jié)構(gòu)處在主方向。

在確定了零件主視圖投影方向后，就可以結(jié)合零件的各組成結(jié)構(gòu)，根據(jù)規(guī)則推理出各結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案。規(guī)則推理的結(jié)構(gòu)采用IF…THEN…ELSE的結(jié)構(gòu)。例如：

IF 平鍵槽 THEN{IF 主方向=主視圖方向 THEN 斷面圖 ELSE斷面圖+主視圖局部剖+局部視圖}；

IF軸向通孔THEN主視圖全剖；

IF徑向通孔THEN{IF 主方向=主視圖方向 THEN 斷面圖 ELSE斷面圖+主視圖局部剖}；

IF軸向盲孔THEN斷面圖+主視圖局部剖；

IF齒輪軸段THEN主視圖局部剖；

軸類零件上可能出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)眾多，其所對應(yīng)的表達(dá)方案也很多，本文不再將這些規(guī)則全部列出。確定零件各組成結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案后，因?yàn)橛行┍磉_(dá)方案可能有重疊，還需要對其進(jìn)行整理，才能得到零件最終的表達(dá)方案。在進(jìn)行表達(dá)方案整理時(shí)，需要用到各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系。表達(dá)方案的整理也采用規(guī)則判斷的方式進(jìn)行。軸類零件上可能出現(xiàn)的表達(dá)方案整理情況較多，下面列出部分：

IF兩采用局部剖結(jié)構(gòu)位置重疊 THEN 兩局部剖合一；

IF兩采用斷面圖結(jié)構(gòu)位置重疊 THEN 兩斷面圖合一；

IF兩采用局部剖結(jié)構(gòu)位置接近 THEN 兩局部剖合一范圍擴(kuò)大；

IF主視圖全剖AND主視圖局部剖THEN主視圖全剖。

本文不再將這些規(guī)則全部列出。

由于可能有多個(gè)結(jié)構(gòu)在同一位置重疊或處在比較靠近的位置，因此，零件表達(dá)方案整理需要進(jìn)行反復(fù)推理，直到無任何一條規(guī)則滿足時(shí)才能停止。

四、表達(dá)方案的自動(dòng)生成實(shí)例

圖4所示為一機(jī)床主軸箱中的輸出軸，下面以該輸出軸為例，應(yīng)用上述方法說明該軸的表達(dá)方案自動(dòng)生成過程。

（一）輸出軸組成結(jié)構(gòu)獲取。通過讀取圖4所示輸出軸三維模型的特征建模數(shù)據(jù)，得到該軸的組成結(jié)構(gòu)：軸段1、軸段2、軸段3、軸段4、軸段5、軸段6、軸段7和軸段8；鍵槽1；退刀槽1、退刀槽2、退刀槽3、退刀槽4和退刀槽5；環(huán)槽1和環(huán)槽2（安裝彈簧擋圈）；軸向盲孔1；內(nèi)鍵槽1；螺紋盲孔1。

（二）輸出軸各組成結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系獲取。通過讀取圖4所示輸出軸三維模型的特征建模數(shù)據(jù)，得到該軸各組成結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系：鍵槽1位于軸段3；退刀槽1位于軸段1，退刀槽2位于軸段2，退刀槽3位于軸段3，退刀槽4位于軸段5，退刀槽5位于軸段7；環(huán)槽1位于軸段1，環(huán)槽2位于軸段5；軸向盲孔1位于軸段7和軸段8；內(nèi)鍵槽1位于軸向盲孔1；螺紋盲孔1位于軸向盲孔1底部。

（三）主視圖投影方向確定。由各組成結(jié)構(gòu)和各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系得到主視圖投影方向?yàn)殒I槽1的開槽方向。

（四）各組成結(jié)構(gòu)表達(dá)方案的確定。各組成結(jié)構(gòu)表達(dá)方案的推理結(jié)果為：鍵槽1，斷面圖；環(huán)槽1，局部放大圖；環(huán)槽2，局部放大圖；軸向盲孔1，主視圖局部剖；內(nèi)鍵槽1，主視圖局部剖+局部視圖；螺紋盲孔1，主視圖局部剖。

（五）零件表達(dá)方案的確定。經(jīng)整理后，軸向盲孔1、內(nèi)鍵槽1和螺紋盲孔1的主視圖局部剖合一，將剖切范圍擴(kuò)大到包含三個(gè)結(jié)構(gòu)。輸出軸零件的最終表達(dá)方案為：主視圖局部剖+斷面圖+局部放大圖+局部放大圖+局部視圖。

五、基于SolidWorks的工程圖自動(dòng)生成實(shí)現(xiàn)

SolidWorks是基于Windows平臺(tái)的三維設(shè)計(jì)軟件。該軟件采用非全約束的、基于特征的參數(shù)化、變量化建模技術(shù)和全數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)，能夠自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)約束檢查，數(shù)據(jù)能夠在不同粒度間同步更新，可以方便地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜三維實(shí)體造型、復(fù)雜裝配和生成工程圖。該軟件體系結(jié)構(gòu)開放，通過OLE Automation技術(shù)為用戶提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)接口API函數(shù)，任何支持OLE和COM的編程語言都可以作為SolidWorks的開發(fā)工具[5， 6]。

六、結(jié)論

基于企業(yè)對設(shè)計(jì)速度的需求，針對軸類零件本文提出了一種基于規(guī)則推理的表達(dá)方案自動(dòng)生成方法。通過分析軸類零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其視圖表達(dá)規(guī)律，給出了表達(dá)方案自動(dòng)生成的流程。根據(jù)零件三維模型得到零件的各組成結(jié)構(gòu)及各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系；根據(jù)零件的各組成結(jié)構(gòu)和各組成結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系推理得到零件主視圖的投影方向；根據(jù)零件的各組成結(jié)構(gòu)和零件主視圖的投影方向推理獲得各結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案；對各結(jié)構(gòu)的表達(dá)方案進(jìn)行整理得到最終的零件表達(dá)方案。以一個(gè)機(jī)床主軸箱輸出軸的為例，敘述了利用該方法自動(dòng)生成表達(dá)方案的過程。并基于SolidWorks平臺(tái)開發(fā)了機(jī)床主軸箱輸出軸的表達(dá)方案自動(dòng)生成程序。

參考文獻(xiàn)：

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