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基于实例CAD系统中的蜗轮滚刀设计实例摘要：介绍了基于实例设计系统中的蜗轮滚刀设计实例库的建立方法，对实例特征分析、初始实例的建立、实例的表达与组织、蜗轮滚刀的特征建模及其参数化实现等关键技术进行了研究。1 引言蜗轮滚刀设计实例库是应用基于实例推理技术(Case-Based Reasoning，CBR)进行蜗轮滚刀产品设计的基础，蜗轮滚刀实例库应包含过去获得的各类蜗轮滚刀设计资料和设计经验。建立蜗轮滚刀实例库时要考虑和解决实例的内容、实例的表达和实例库的组织等问题。在决定实例应包含的内容时，要考虑其未来的作用和提取信息的便捷；实例不仅包括设计问题的描述和设计方案的记录，还包括设计过程的信息；设计实例库的组织方式时要考虑实例库的存储结构。由于在基于实例推理技术中，将问题求解的状态及其求解策略用一个实例来表示，因此，完整准确地表达设计实例是CBR工作的重要前提。对于蜗轮滚刀的设计而言，由于其设计目标只是一种普遍的、概括的描述，因此蜗轮滚刀的设计实例主要包括初始条件、设计约束和设计结果三部分。其中，蜗轮滚刀设计的初始条件主要包括与蜗轮啮合的蜗杆的模数、头数、法向齿形角等基本参数，设计约束主要是指滚刀设计过程中的圆周齿数要求、刀齿强度和设计技术要求等。2 实例特征分析一个实例包含了丰富的信息，虽然已按一定原则和方法有序地组织和管理，但仍然较为庞大和复杂。在这些信息中，并不是每一个细节都对实例的性质和特征有相同的影响，所以不可能也没必要对实例的每一个细节都进行考察，而只要考察那些使该实例区别于其它实例的属性(这些属性能概括描述实例的主要功能和结构)，这样的实例属性就是实例的特征属性，实例特征属性的集合就是实例特征。实例特征与实例功能和结构的关系图实例特征是实例的浓缩和提炼。实例的设计目标、初始条件、满足的设计约束等都是实例的特征属性而成为实例特征的一部分，这一部分实例特征实际上就是实例产生过程中所满足的设计任务。在设计过程中，给定了设计任务，实际上就决定了将来产生的设计方案即实例的主要功能。实例特征中的另一部分特征属性是实例中能概括描述实例结构的关键属性，它决定着其它结构属性值的确定，一旦这些关键属性确定之后，整个实例框架就确定了(其它属性的确定都是围绕着这些关键属性展开的)。实例特征与实例的功能和结构的关系如右图所示。3 实例的表达与组织本文提出了在Pro/ENGINEER支撑软件环境下，以三维特征模型的方式表达蜗轮滚刀实例的方法。在建立初始实例时，首先建立蜗轮滚刀的参数化特征模型，即完成内部工程数据库的建立工作。由于初始实例的参数由应用软件的用户界面输入，因此还需定制一个数据接口，将这些参数传递到支撑软件中；通过先前建立的参数化特征模型调用输入的参数，生成特定参数的模型，即可完成实例的表达。实例的组织主要考虑实例的存储结构。由于检索参数和模型文件两部分相对独立，故采用将实例的检索参数和实例模型分开保存的方式，即实例检索参数由数据库保存，而实例模型则以Pro/ENGINEER模型文件的方式保存在特定的目录下。这种实例库组织方式可简化实例库的检索机制，提高检索效率。系统能始终保持索引和实例模型表达信息的一致性，它主要体现在两个方面：一方面是当用户修改实例后，系统能自动修改该实例的索引；另一方面当从索引数据库中删除一条记录时，系统能自动删除该索引所对应的实例。蜗轮滚刀实例库的建立是采用ODBC(Open Database Connectivity)技术来实现的。4 蜗轮滚刀特征建模及参数化实现4.1 特征分解的一般原则建立产品的特征模型，首先要对产品进行特征分解，其重点是形状特征的分解。特征分解的一般原则是：首先考虑产品的功能，将产品分解成多个具有独立功能的子组件特征的集合，然后将子组件特征分解成零件特征的集合，再将零件特征分解成各个造型特征的集合；其次，考虑到建模的方便和计算机的处理速度，应将模型分解成尽可能少的特征。4.2 蜗轮滚刀特征建模本文蜗轮滚刀特征模型的建立是在Pro/ENGINEER中将它们表示为模型的参数，将蜗轮滚刀进行特征分解后，以一定的顺序生成各个子特征，同时对这些子特征进行特征的布尔运算，将特征融合，即可生成蜗轮滚刀三维特征模型。蜗轮滚刀特征模型的具体建模步骤如下：首先建立默认基准面特征。默认基准面特征是系统在默认位置产生的三个互相垂直的平面，它们虽然不是蜗轮滚刀的组成部分，但却是重要的辅助特征(其它特征都是建立在基准面上的子特征)。建立滚刀的基圆柱特征：基圆柱特征的直径等于滚刀的齿根圆直径。根据螺纹旋向分别建立左旋或右旋滚刀齿型。滚刀的实际旋向由参数化技术来控制，分以下三步来创建模型：建立基本齿廓特征：首先建立单齿的基本齿廓：滚刀基本齿廓的两侧面都是由直线绕分度圆作螺旋运动形成的阿基米德螺旋面，螺旋运动中绕轴线的转