CAD/CAM数据质量

CAD/CAM数据质量

国家标准作 GB/T187842002 CAD/CAM数据质量 QualityofCAD/CAMIdata 2002-07-18发布 2002-12-01实施 发布 情家熊a盛益型点胃国家标准
GB/T187842002 目 次 前言 引言 范围 规范性引用文件 术语和定义 缩略语 数据质量评价准则 5.1概述 5.2数据分类 5. 3 几何数据质量 5.4数据结构质量 22 5. 5 附加的协议 26 5.6数据范围 28 数据检查 30 6 通则 30 30 6.2基本条件 6.3解析几何检查 30 39 6.4协议数据记录的结构 40 使用帮助 40 检查程序的部分限定值 42 附录A资料性附录各CAD系统与STEP/IGEs/VDAFS中的元素类型对比 4！ 附录B(规范性附录CAD/CAM数据质量协议 #? 46 参考文献
GB/T187842002 前 言 本标准参考了ODE:TTE(欧洲远程传送数据交换组织)发布的德国汽车工业协会技术文献VDA 4955,主要技术内容与之相同,在编排格式上执行国家标准GB/T1.1一2000的规定 本标准的附录A为资料性附录,附录B为规范性附录 本标准由标准研究中心提出并归口 本标准起草单位;标准研究中心,北京斯泰普中心 本标准主要起草人;林晓星、詹俊峰、王永建
GB/T187842002 引 言 随着信息技术的发展和制造业领域专业分工越来越细,产品要由不同的设计人员、制造商和零部件 供应商合作完成 在这一过程中,必然涉及到不同的CAD/CAM系统之间共享信息,交换CAD模型数 据的问题 同时还要求公司的各部门之间、不同公司之间,在交换CAD模型数据时对模型信息的组织 和质量水平达成共同的理解和协定 本标准的使用者包括企业中CAD/CAM数据质量的负责人员和软 件开发人员,也包括CAD/CAM数据和软件系统的最终用户 本标准的数据质量是指产品数据精度和 可用性满足数据用户要求的程度,好的数据质量是指在正确的时间将正确的数据传送给正确的人 目前,国际标准化组织ISO还没有相应的CAD/CAM数据质量标准,本标准参考了ODETTE组 织的标准化工作成果,对于增强我国企业信息化建设中的产品数据质量意识,提高企业信息共享和交换 的质量水平具有重要的指导意义
GB/T187842002 CAD/CAM数据质量 范围 本标准规定了cAD/cAMM数据质量的一般要求,适用于企业间cAD/cAMI数据交换质量的检查， 也适用于软件开发单位作为检查CAD/CAM数据质量的基本依据 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款.凡是注日期的引用文件,其随后所有的 修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是 否可使用这些文件的最新版本 凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准 ANsI/USPRO/IPO100:1996lnitialGraphicsExchangeSpeeifieation(初始图形交换规范'" 术语和定义 下列术语和定义适用于本标准 3.1 边界ndaury 包含在R"空间中的域X内的数学点工的集合,该集合在R"中有一个包含r的开球U',使U'与X 之交U'nX与闭的d维半空间Rl(对于dGB/T187842002 [GB/T16656.42一1998,定义3.1.40] 3.5 曲面surface 一个数学点的集合.它是在平面(R)的一个连通子集上定义的连续函数的图像 [GB/T16656.42一1998,定义3.1.44们 缩略语 本标准采用如下缩略语: AidedDe: CAD计算机辅助设计Computer esign CAM计算机辅助制造ComputerAidedManufaeturing ST 立体平版印刷术SstereoLithography STEP 产品数据表达与交换Produetdatarepresentationandexchange IGES 初始图形交换规范InitialGraphiesExchangeSpeecifieation B-Rep 边界表达BoundaryRepresentation ODETTE 欧洲远程传送数据交换组织OrganisationforDataExchangebyTeleTransmissionin Europe 数据质量评价准则 本章为CAD系统的使用人员提供了质量评价准则 根据这些准则,用户可采用适合的面向CAD 质量的)设计方法,以满足数据质量协议的要求,并能灵活应用检查程序 5.1概述 采用下列方式表达质量准则 问题描述定义并描述在数据交换及基于CAD数据的后续工作中可能出现的问题 图示用图描述问题 建议解决方法解决问题的推荐方法 采用本标准的合作伙伴之间,应该规定具体的限制 5.1.1影响数据质量的因素 5.1.1.1影响因素(见图1 怅复 设计方法 用户知识/培训 数据交换 检查程序 CAD系统程序 图1数据质量的影响因素 aCAD设计方法 影响数据质量的最主要因素是CAD设计所应用的方法 采用适合于产品、材料、制造过程和CAD 系统的设计方法是保证高质量CAD设计的基础,这样的cAD数鹅可以在后皱的过程中使用而不必加 以修改 数据质量不好,在后续处理过程,例如倒圆、数控程序生成、数据交换、ST文件生成和有限元网格 生成中,会造成各式各样的问题
GB/T187842002 b用户培训和用户知识 CAD用户培训的基本要求应包括数据质量、正确的设计方法、CAD系统的能力和限制等方面的 知识 因此,面向过程的用户知识是产生高质量CAD数据的基础 c)CAD系统程序 在大多数情况下,数据质量差与所使用的CAD系统无关 但是在CAD系统程序中,也存在大量产 生这样数据的潜在因索 例如,对剖视图操作、投影或者偏移的生成等操作,系统的内核程序以及算法可 能导致错误几何元索的产生,由于这些因素都不明显,因此容易被用户忽略 d检查程序 上述有关数据质量的三个影响因素(5.1.1.la)5.1.1.le))表明,开发检查程序成为保证CAD数 据质量的必要手段.利用这种程序可以定期、准确地告知用户数据的质量 如果用户能够尽早和有规律 地使用检查程序,就可以避免一些基本错误以及后续过程的大量问题 数据交换 e 如果在不同的CAD系统之间或者在采用了不同精度等级的同一个CAD系统之间进行数据交换， 则数据质量差就会引起问题 它会造成几何方面的改变,违背设计要求(如位置连续)或者丢失几何和拓 扑元素 f 数据修复 部分CAD系统提供了修复功能来改善上述情况,包括不符合要求的几何元素的输人 这种方法虽 然有帮助,但应当合理使用,因为其中也会造成修改或加人不正确的儿何元素 5.1.1.2解决方法/建议 本标准提供了数据质量准则,使得检查程序能够用于尽可能多的CAD系统以及中性格式(尤其是 sTEP),并用于协调精度和限定值 开发适用的设计方法和培训用户的责任由企业负责 采用本标准的CAD/CAM系统供应商应相互合作并优先考虑数据质量问题 只有相互协作、综合 考虑上述所有因素,才能保证良好的数据质量,避免大量重复劳动,消除系统的缺陷 5.1.2数据质量的基本内容 5.1.2.1产品描述与可靠性 在产品开发或制造的过程链中,主要使用的是三维CAD数据模型而不是传统的图纸,CAD模型描 述了需要生产的产品 对产品描述的其他辅助手段(物理模型.CAx模型、图样和其他图形文件)都是从CAD模型得来的 而且应当注明它的CAD模型来源(系统名字、版本等) 5.1.2.2CAD模型的复杂性 生成CAD模型的一个基本原则是在不影响零件的形状和功能的前提下,使用尽可能少和简单的 几何元素 简单的CAD模型在后续过程中不容易发生问题而且比较容易修改 5.1.2.3工程更改 系统应按照进度计划要求,提供工程变更服务,数据的有效更改状态必须能够识别和理解 CAD 5.1.2.4描述 三维CAD数据模型以真实尺寸描述了产品 三维CAD数据模型与相关的导出模型(例如图样等) 必须相互保持一致 例外:标准件几何元素、图表 5.1.2.5(几何)明晰性 CAD模型不能包含几何元素(完全相同元素)的重复定义 5.1.2.6结构 CAD模型结构和文档是CAD数据的基本质量要索
GB/T187842002 5.1.2.7交换范围 用于交换的CAD数据模型范围必须符合共同协议的要求 5.1.2.8过程链 在产晶开发和制造过程中存在相互衔接的不同阶段,称作过程链 它们对产品的几何和结构数据 的质量以及数据的范围有不同的要求 这些阶段相对于它们共同的最终产品具有逻辑关系(零件与工 装、装配件的相关性等) CAD数据必须明确地与它在各个阶段的使用意图相关联 例如汽车车身外壳的过程链,就是一个很好的例子,如图2所示 几何设计阶段 处理过积 用途或版本 零件/产品 “与生产无关”的产品版本意 CAD1 模型" 味着与制造过程中的方法无关 根据(客户和供力)对图样的批难 CAD1 产品工程图样 CAD2/cAD3 状态:与工裁设计、NC编程无关 产品工装 根据(客户和供)对饨件图样的 CAD1 铸件图样 按受状态:与钻件模型生成无关 根据(客户和供)对铸件模型的 cAD1 工裁铸造模型 接受状态:与铸造过程无关 CAD1 cAD2 Nc编程 工装设计完成 铸造生产 根据(客户和供加)对工装设计的 CAD3 接受状态:与生产无关 CAD1 取决于(客户和供方)对首批加工完成 制造过程 CAD2 的零件的按受状态:与送达客户的过程 质量控制 CAD3 无关 注;图中的儿何设计阶段CADl.,CAD2.,CAD3见5.2中表1的说明 图2过程链 对于单个技术人员来说,要考虑整个过程链是非常困难的,因为一些特殊的过程阶段是由独立的组 织在不同的地点确定的 尽管如此,每个人都必须意识到对产品的质量和成本所承担的责任 因此,特 定过程所有阶段的集成比起单个阶段的优化更为重要 5.1.2.9连续性 CAD过程链一旦开始工作,就不允许中断 5.1.2.10设计方法学 设计方法学描述了CAD用户设计一个零部件/操作设备的(系统和递归)过程 通过使用适合的设 计方法学可以避免质量问题 设计方法学主要取决于所使用的cAD系统 5.1.2.11完整性
GB/T187842002 如果遵守与交换范围相关的合作协议,数据交换双方就能保障CAD模型的完整性 即只有在规定 了适当的范围后,才可能获得一个完整的CAD模型 5.2数据分类 CAD数据的分类应满足分类准则的要求,并根据其特征划分成综合的,便于记忆的三维CAD模 型组 目前有许多分类方法,例如划分成“零部件”和“操作设备”(按照制造过程,划分成各种过程链(依 赖于材料和制造方法,划分成“可见”和“不可见”零件,或者按照开发阶段来划分(概念、协议、版本、细 节等. 本标准推荐一种综合的“二维分类法”,如表1所示 表1数据分类 B类 A类 CAD0 尖锐边的零几何 倒角后的零几何CADI 带有公差的制造几何cAD2 CAD3 与材料及过程有关的制造几何 表中的列描述数据质量的服务需求分类,行表示按照处理过程阶段划分的几何设计步骤 与样式/设计有关的儿何归为A类零件,例如“外观” 车身的曲面覆盖件(金属和合成材料) 与功能有关的儿何,例如框架零件或聚合/主零部件,归为B类零件 图3所示为基于车身过程链的几何设计阶段 含理论边的 倒角后的 带有公差的 涉及材料与过程的 曲面模型(尖锐边 曲面模型 曲面模型 曲面模型 CAD0 CAD1 cAD3 CAD2 零几何 制造几何 图3几何设计阶段 5.3几何数据质量 几何数据质量提供怎样和根据什么精度生成产品几何元素的信息,据此过程链的后续步骤能够使 用这些元素 5.3.1线框几何 点、曲线和直线属于线框几儿何元素,用作产生面和实体的辅助元素,生成数控加工程序的轮廓,也用 于绘制工程图样 5.3.1.1微小元素和微小线段
GB/T187842002 问题描述: 由特殊的操作(例如比例变换、做等距线)生成的小于某一特定大小的几何元素,它们在采用低精度 的系统进行数据交换或在后续过程(数控)中会产生无效和退化的元素,因而造成间隙 修补这些元素会 增加相当大的工作量 这些元素经常是在倒圆角和应用“闭合功能”处理微小间隙和重叠时无意中产生 的 如图4所示 o/ 图4示例;微小元素或线段 建议解决方法 延长几何元素使之相连接,删除成为冗余的微小元素,或者延长微小元索并缩短被连接的元素 5.3.1.2(近似相同元素 问题描述 通过各种几何操作或通过拷贝外部几何元素到模型中,常常会产生(近似)相同元素,它们不但浪费 了存储空间而且降低了元素的明晰性或有效性. 例如,重复的相同元素往往妨碍曲线连续性的识别以及 数控和有限元分析 如果元素完全位于一个大元素之内,也被认为是相同元素 如图5所示 图5示例;相同元素 建议解决方法 删除重复元素中的一个 但是要注意哪一个元素是应该删除的 5.3.1.3连续性 -个弯曲的边界包含一条或多条由曲线段组成的曲线 在曲线段和曲线的边界上应请足一定的连 续性要求,包括位置连续(G,"),切矢连续(G'和曲率连续(G). 5.3.1.3.1位置连续性(Gy 问题描述 第一个,也是最重要的连续是“位置连续”,即曲线和曲线段的过渡没有间隙和/或重叠 位置不连续 会影响基于统一曲线边界上的后续操作,尤其是改变比例和在高精度的系统环境中进行变换以后 如
GB/T187842002 图6所示 图6示例;曲线的位置不连续 建议解决方法 对于不连续的位置,可通过修正两个元索的相互位置关系,使之满足相同元索公差范围,从而实现 位置连续性 一般延长一个元素或同时延长两个元素,比插人一个小的填充元素(可能是一个微小元 素)更可靠 53.13.2位置/切矢连续性(G 问题描述: 切矢连续(同时具有特定的位置连续)是指两条曲线切矢夹角为零 在一个完整的模型中,切矢不连 续往往是无意中造成的 此外,在设计时也可能有意形成切矢不连续(例如倒角/斜面、特殊线) 如图7 所示 图7示例曲线的切矢不连续 建议解决方法 通过指定切矢条件和交互式修改,重新生成曲线;或插人一条指定的、合适的曲线(例如在两条直线 之间插人圆弧 5.3.1.3.3位置/切矢/曲率连续性(G 问题描述 在位置和切矢连续的条件下,要求曲率连续是指在连接点上有相同的曲率半径,以使两条曲线曲率 和谐地过渡 通常曲率连续只有在描述特殊功能的零件表面(凸轮、蜗轮等)或工业设计建模元素时才要 求 如图8所示
GB/T187842002 so 图8示例:曲线的曲率不连续 建议解决方法: 用在端点满足合适的曲率条件的元素取代受影响的元素,即具有定常曲率的相邻元素(直线,圆等) 应该用自由曲线来代替 5.3.1.4多项式次数 问题描述 曲线段的多项式次数决定了曲线的自由度 次数越高,曲线越复杂 多项式次数高的曲线容易造成 不希望要的曲率变化 当这样的曲线转换到另一个CAD系统时,如果该系统描述曲线的最高次数低于 原曲线的次数,就必须在一定的公差范围内进行逼近 通常这两种情况都会导致数据质量的降低 如 图9所示 15 图9示例;曲线的多项式次数 建议解决方法 应该避免高次多项式(阶数大于9的多项式) 经验显示最好小于或等于6次 高次的曲线最好根 据曲率来分割,使每一段曲线的次数较低 5.3.1.5平面曲线的波动 问题描述: 波动,即自由曲线的曲率符号多次改变,往往是本标准所不希望要的而且会对后续的操作,比如做 等距线等造成影响 如图10所示
GB/T187842002 符号改变 图10示例;平面曲线的波动 建议解决方法 分析曲线的切矢和起始点条件,调整或重新生成曲线 同时分析产生曲线的相交面,如有必要应 修改 5.3.1.6自相交 问题描述 自相交(一条曲线自身具有一个以上交点)在任何情况下都不符合设计意图,因为它会给后续操作 例如生成等距线、等距面或NC程序等)带来各种问题 如图11所示 图11示例自相交 建议解决方法 避免由于等距线生成(距离大于原曲线凹向半径)或投影(三维曲线在平面上投影)造成的自相交 应退回重新生成正确的曲线 5.3.1.7重节点 问题描述 在NURBS和B样条曲线中要用到节点矢量 节点矢量定义了曲线段的个数和各曲线段之间过渡 的连续性 节点矢量用一系列的实数来表示 节点的位置可以重复.这种情况被称作“节点的多重权”或 简称“重节点” 带有非常接近的节点的曲线转换到其他的系统中去时由于公差放大而造成节点重合会 使曲线的内部连续性改变 如图12所示 TO 图12示例;重节点 例:3次NURES节点矢量为 0.0，0.0，0.0，0.0，0.3333，0.3334，1.0，l.0，l.0，l.0) 节点公差<0.0001时,曲线包括3个曲线段,它们之间是G阶连续
GB/T187842002 当节点公差>0.00o1时,曲线包括2个曲线段,它们之间不是C阶连续 建议解决方法 重新生成曲线,节点间隙要足够大 5.3.2曲面 本标准把构成零件的基本面称作曲面,它可以伸出零件的实际轮廓之外 该面的边界通常由“简单 的"解析边界曲线构成一般用作带有复杂边界曲线的有界曲面 曲面可以由多个片组成,称为曲面片 曲面片之间在边界上要满足位置或斜率公差 曲面片的个数 取决于边界曲线的段数(n,m),一个曲面由nm个曲面片组成 如图13所示 "×m曲面片 边界曲线 图13示例;有界曲面 5.3.2.1微小元素和微小曲面片 问愿捕逃 曲面或曲面片在至少一个参数方向上如果小于某一规定值会导致在改变系统或精度时产生退化或 有缺陷的元素,也可能因剔刷除而造成间隙 修补这些元素会增加相当大的工作量 微小元素还增加了对存储空间的要求和修改模型所付出的工作量,同时增加了发生连续性同题的 可能 这些微小元素通常是用户在无意中造成的 从外系统输人数据时自动闭合间隙也是造成微小元 素的原因之一 如图14所示 图14示例;微小曲面片 此外,两个相邻的曲面片的边的相对长度(在一个曲面的一个参数方向上)不应小于1;100(“相对 曲面大小”) 这个比例意味着分割较差并且会增加今后修改的工作量 如图15所示 10
GB/T187842002 曲面片1 曲而片2 图15示例:相对曲面片大小 建议解决方法 应该避免微小元素,通过增大相邻元素和改变分割使小元素成为冗余然后删除 5.3.2.2微小曲面片边 问题描述 如果一 一个曲面片带有一个小于公差的边(即"准三角曲面片"),那么在系统或公差范围发生改变时 将会产生未定义的法线矢量 如图16所示 TOl 图16示例;微小曲面片边 建议解决方法: 注意使曲面片的边大于微小元素公差或者用三边的有界曲面来描述它 5.3.2.3(近似相同元素 问题描述 相同的或者说是重复的元素,不仅额外地增加了存储需求而且降低了清晰性,即这些元素的合法 性 它们妨碍了模型的处理,例如自动生成拓扑关系 如果一个元素完全位于另一个大的元素之内,也 属于这种重复情况 如图17所示 图17示例近似相同的曲面 建议解决方法 删除重复元素,确保需要的元素保留下来 11
GB/T187842002 5.3.2.4连续性 问题描述 与曲线的连续性类似,曲面的位置、切平面及曲率的连续性对它们作为基本几何元素的质量具有重 要意义(例如对有界曲面和交线).由于曲面一般都超出零件的实际边界,从曲面到边的过渡一般不存在 或者说很少存在,人们一般只注意和检查在曲面的自然边界内的曲面片之间的连续性 如图18所示 rO 图18示例;位置连续性 建议解决方法 自然边界内曲面片之间的不连续性必须纠正,或通过设定适当的基本条件重新生成 如图19、 图20、图21所示 w_ToL 图19示例:位置不连续 图20示例;切平面不连续 图21示例:曲率不连续 5.3.2.5多项式次数 问题描述 每个曲面片的多项式表达的次数决定了面的自由度的大小 多项式的次数太高将会导致波动 在 通过近似方法降低次数的情况下,形状,连续性方面的质量会下降,对存储空间的需求也会下降 如 图22所示 2x3 11×15 图22示例:曲面的多项式次数 12
GB/T187842002 建议解决方法 尽可能避免高次多项式,避免不必要的复杂曲面,例如,合理地根据曲率变化划分曲面使之能用多 张低次的曲面来表示 实践表明,多项式最高次数小于或等于6的曲面被认为是有效的 5.3.2.6 曲面波动 问题描述: 非必要的曲面波动对于表面成型或数控加工等后续操作是有害的 如图23所示 图23示例;曲面波动 建议解决方法 修改或通过设定合适的基本条件(如次数、曲线边界或起始点等)重新生成曲面 5.3.2.7最小曲率半径 问愿捕逃 为了保证曲面能够加工,曲面上任意点的曲率半径必须不小于给定的最小值,否则在铁削加工过程 中会发生问题 曲面的最小曲率半径同时也限制了等距面的最大间距 如图24所示 R_7OL 图24示例;最小曲奉半径 建议解决方法 通过近似或平滑等方法,重新生成曲率半径大于最小限定值的曲面 5.3.2.8边界曲线之间的夹角 问题描述: 如果一个曲面的两条相邻边界曲线之间的夹角小于某最小值或大于某最大值将会导致在角点上的 法向无定义 如图25所示 180" 图25示例边界曲线之间的夹角 13
GB/T187842002 建议解决方法: 曲面应该分割例如从曲面的中心星形地分割成3个曲面或扩大曲面来生成想要的区域 如果与接收方已有协议,即使夹角大小处于临界状态,边界和角点上的法向仍有定义,则数据是可 接受的 5.3.2.9法矢倒转 问题描述: 通常一个曲面上所有点的法矢方向是同向的,或是朝向零件内部,或是朝向零件外部 但有时也会 发现在曲面边界上的一些点违反了此规律,这会导致因刀具切人工件内部,而产生的工件破坏 其他的特殊情况是在一个“准”三角曲面片的尖端和在一个“拟”三角曲面片的尖点常常会发生法矢 倒转 当在一个退化点的两条相邻边界曲线延伸稍微超出其交点时尤其容易发生这样的情况 如图26 所示 图26示例法矢倒转 建议解决方法: 在特别考虑边界的相切条件下,重新创建发生法矢倒转的曲面 对于三角曲面片尖端发生的法矢倒 转情况,在许可间隙和微小元素范围内,可以删除这个尖端,形成新的四边形曲面片,并满足许可长度 也可以选择生成一个具有正确法矢方向的三边有界曲面 5.3.2.10曲面片数量与分割 问题描述 不合理的过多的曲面片数量常意味着没有必要的曲面复杂性和很大的存储量 这通常发生在用一 个高次的曲面去逼近一个低次的曲面,或者把曲率完全不同的域组合到一张曲面中的情况下 如图27 所示 图27示例:曲面片分割 建议解决方法: 分割曲率差别较大的曲面 如果必要的话，一个具有均匀的曲率分布和大量小曲面片的曲面可以用 14
GB/T187842002 高次曲面来代替 5.3.2.11无用的曲面片 问题描述 有些情况下一个曲面的域上被有界曲面占用的部分很小,以至整行曲面片未被占用 这些未被占 用的曲面片无端占用了存储空间,通常可以删去而不产生任何问题 如图28所示 曲面片2 曲面 曲面片1 图28示例;无用的曲面片 根据这样的准则,还可以发现不是用于定义有界曲面的曲面,很可能是冗余的曲面 有时在后续的过程中会用到未占用曲面域,而重建它们是非常费时的而且只能近似做到.由于这个 原因,本标准对无用曲面片的制除不作一般性的建议 建议解决方法 如果有要求,则可以沿合适的曲面片边界分割曲面,删除冗余部分,即删除整个无用曲面 5.3.2.12重节点 问题描述 如同NURBS和B样条曲线一样,在定义NURBS和B样条曲面时,要用每个参数方向上的节点矢 量来定义 它们定义了曲面在u和口参数方向上的曲面片数目以及曲面片之间的过渡连续性 节点矢 量是用一个单调非减的实数系列来定义的 节点可以是相同的,这就是所谓“节点的多重权”,简称重 节点 在曲面被转换到其他的公差较大的系统中去时,临近的节点被认为是相同的,从而造成曲面内部连 续性的意外改变 如图29所示 To tlas 图29示例重节点 15
GB/T187842002 建议解决方法: 在尽可能减小曲面变化的前提下,增大节点间距,重新生成曲面;或者如果允许,可删除间距非常小 的节点 5.3.3有界曲面(面 清晰定义的面,也称为“有界曲面”,或简称为面,描述了一个物体的几何表面,包括表面上相应的 孔、凹陷或其他类似形状以及投影在表面上的任何复杂边界曲线 这里边界曲线是指无首尾的连续 曲线 分析曲面和有界曲面的关系,表明大多数的质量准则对二者都适用例如:多项式次数、曲率、内部 连续性),在这里不再重述 本条描述了一些必须用于有界曲面(微小元素、相同元素)的准则,此外还有 -些适用于有界曲面上的边界曲线的质量准则 5.3.3.1微小元素 问题描述: 在某一维上特别短小的面,会导致非法的退化元素,因而产生间隙,尤其是在数据交换过程(在一个 精度较低的系统中)和后续过程(例如数控加工)进行某些几何操作时例如作等距面的比例变换) 重新 修复需要花很多人力 这些元素常常是在倒圆角时无意中产生的 如图30所示 图30示例微小有界曲面 建议解决方法: 删除微小的有界曲面或增大和调整相邻元素 5.3.3.2微小边曲线 问题描述: 有界曲面的边界曲线通常由几条边曲线构成 特别短小的边曲线会导致非法的退化元素,尤其在数 据交换过程中(在一个低精度的系统中) 从而可能导致丢失有界曲面和相关的所有拓扑关系 如图31 所示 图31示例微小边曲线 16
GB/T187842002 建议解决方法: 调整合并有关的边曲线,构成新的有界曲面;或者删除和/或增大微小边曲线并且调整相连接的 元素 5.3.3.3边界曲线的连续性 问题描述 在边界曲线不连续的情况下,边界曲线之间的间隙和重叠在定义有界曲面时会产生问题,例如在设 计时,产生不必要的弯曲和曲率突变 如图32所示 图32示例边界曲线的非连续性 建议解决方法: 在相同点的公差范围内,重新确定互相连接的边界曲线的端点 因此曲线端点的调整可能会导致包 含微小曲线段 5.3.3.4边界曲线的穿透或接触 问题描述: 边界曲线的穿透或接触是由于使用了小于最小距离公差值引起的 它会导致非法的面(无定义的 面),在转换到不同公差的环境时会失去拓扑完整性 这包括外边界与外边界、外边界与内边界,内边界 与内边界的穿透和接触问题 如图33所示 O 图33示例:边界曲线的穿透和接触 建议解决方法 增大边界曲线之间的距离,制去原来的环,如有必要重新分割曲面或调整边界曲线 5.3.3.5边界曲线与曲面的距离 问题捕述 边界曲线到曲面的距离过大(纵向或横向)妨碍了有界曲面的正确定义 这导致在精度更高的系统 或环境下,边界曲线在曲面上重复投影 如图34所示 17
GB/T187842002 rol 曲面ae 图34示例;边界曲线到曲面的距离 建议解决方法 创建曲线并确保其横断面方向或投影方向与曲面的距离总是在相同元素的公差范围内.如有必要、 重新生成曲线 5.3.3.6边界曲线内的同向路径 问题描述: 边界曲线的方向不一致在某些系统中会导致不希望的曲面自相交和退化 如图35所示 图35示例有界曲面的旋转方向 建议解决方法 如有必要,部分反转边界曲线的旋转方向,重新生成有界曲面 5.3.3.7边界曲线的曲线段数目 问题描述: 在一个边界曲线内出现不均衡的大量曲线段,会产生微小元素并且在环境改变时发生问题 如 图36所示 图36示例;边界曲线的曲线段分布 18
GB/T187842002 建议解决方达 修正或替换边界曲线,并重新生成有界曲面 5.3.4组合曲面、曲面组及拓扑组合 组成一个实体的特定部分或整个表面的相邻的有界曲面称为组合曲面、曲面组或拓扑组合 在拓扑 组合中,对边界曲线内的面有特殊的要求 5.3.4.1连续性 问题描述: 按照定义,有界曲面及与之相关的结构描述了整个零件的表面 因此有界曲面的连续性较之其他更 为重要 位置连续,即在一个拓扑组合中有界曲面的“连续”过渡是最重要的质量属性.边界在某一系统的公 差范围内允许的不连续,在改变系统或公差范围的情况下会丢失拓扑关系,或使有些系统启动自动修补 过程 由此可能会产生一些不想要的改变或新(微小)元素 如图37所示 图37示例:位置不连续 切矢和曲率不连续可能会影响到一个物体的可加工性或物体的表面质量 建议解决方法 对于曲面过渡的缝隙,受影响的曲面应该在共同的边界曲线条件下重新生成 因此必须满足切矢 或曲率连续的基本条件 5.3.4.2连接 问题描述: 对于曲面的拓扑明晰性来说这一点是很重要的;面的每一个边应该只有一个明确的面与其相邻也 就是说不能有一个以上的相邻边,避免分叉和交接 然而一个面的边与几个面的边依次相邻还是允许的 T形连接) 如图38所示 图38示例:T形连接 19
GB/T187842002 建议解决方法: 删去多余的面 5.3.4.3法矢方位 问题描述: 一个拓扑集合中统一法矢的朝向是有必要的,例如,确定铁削的加工方向、阴影描绘、,通过几何确 在一 定零件的装卡能力或定义测量的接触表面都要求有统一法矢的朝向 如图39所示 图39示例法矢方位 建议解决方法 如有必要,反转个别法矢,使所有面的法矢在拓扑关系中统一朝向,即指向“离开材料的方向” 5.3.4.4楔形边 问题描述 如果相邻的两个曲面在公共边上的夹角太小,则产生尖锐的边或者凹槽,这种形状是难以加工制造 的 例如,在一个立方体中挖去一个圆柱就会产生这种形状 如图40所示 图40示例楔形边 建议解决方法 检查设计 5.3.5边界表达实体 5.3.5.1边界表达实体的通用准则 问题描述: 用中性数据交换接口(如sTEP)来传送实体时,会采用边界表达实体来交换,这样的实体是通过它 的有界曲面(面)来表示的,这些面依附于基曲面和边界曲线 因此,多个面组成的封闭组合的质量准则 同样适用于实体 本标准中的5.3.2至5.3.4,可以对应地用于实体的有界曲面,包括它的曲面和边界 曲线.以及边界曲线到曲面的距离 建议解决方法 见5.3.2至5.3.4 在修改实体时应注意保留面之间的封闭组合和关系 5.3.5.2微小实体元 问题描述 20
GB/T187842002 在空间的两个方向上应该避免生成小于特定尺寸的实体,受接口和系统内部参数的精度等级的影 响这些微小实体元素可能在数据交换时丢失 通常,这些元素是在建模过程中不经意产生的(例如.只 是稍稍穿透的两个实体的交集),这样的微小实体是无法加工制造的 如图41所示 8=ToL 图41示例;微小实体元素 建议解决方法: 如果调整并设置了正确的系统参数,在因求交,重叠,穿透而产生微小实体时,系统应该显示错误和 警告信息 这样,就很容易通过移动和增大受影响的元素来消除错误 5.3.5.3顶点到边的距离 问题描述 边界表达实体包括拓扑元素顶点,边和面,分别与几何元索点,曲线及有界曲面相对应 在规定公差范围之内,顶点应该位于作为边的一部分的曲线上 如果顶点与曲线的距离超出这个 值,则被描述的实体有缺陷 如图42所示 顶点到边的距离 顶点 曲面 图42示例顶点到边的距离 建议解决方法: 如果可能,把顶点投影到曲线上,否则重新产生顶点 5.3.5.4顶点到面的距离 问题描述: 在规定公差范围之内,顶点应该位于对应的面上 如果顶点与面的距离超出这个值,则被描述的实 体有缺陷 如图43所示 21
GB/T187842002 动 顶点 顶点与曲面 的距离 曲面 图43示例:顶点到面的距离 建议解决方法: 如果可能,把顶点投影到面上,否则重新产生顶点 注:边到面的距离可用标准中4.3.3.5“边界曲线与曲面的距离”来检查 5.3.6图样元素 5.3.6.1微小元素 问题描述 小于一定尺寸的绘图元素,在转换到一个精度较低的系统环境时,将会由于退化造成非法元素 建议解决方法 删除微小元素 如有相关的元素(尺寸线、剖面线),在删除前应该把它们隔开或屏蔽 5.3.6.2(近似)相同元素 问题描述 创建工程图样时,有可能无意中生成相同元素(如修改造成的多条线或重在一起的相同长度的线. 这些相同元素无必要地占用了模型空间 相同元素,也称作重复元素,会妨碍曲线连续路径自动识别 建议解决方法 删除相同元素 一旦某些元索被正确地判定为重复元素,则应删去 如果几条长度不等的线条重叠 在一起,就需要找到最长的一条而删去较短的那些线条 5.3.6.3符合IGES标准的文字 问题描述 在生成文字和尺寸线时,特殊字符将会引起转换困难 太长的文字(每行多于70个)和多行文字也 会在转换时丢失 因此都应该避免,或对此达成相关的协议 建议解决方法 特殊字符应该用其他字符来代替 多于70个的字符串应分成多个字符串 多行文字应该用几个单 行文字来取代 5.3.6.4多项式次数 问题描述 高次多项式表示的曲线,如果要转换到其他CAD系统,应该用次数较低的多项式在公差范围内来 逼近或分割 如果接收系统只能处理规定次数以内的多项式,这些曲线就有可能被错误地转换或忽略 建议解决方法 比较曲线的多项式次数和最高允许次数,如果必要,在一定公差范围内把曲线逼近为次数较低但有 更多段数的曲线 5.4数据结构质量 对于数据的组织和结构质量,本标准将给出实施的“建议” 5.4.1结构信息和/或模型名称 22
GB/T187842002 问题描述 应当规定结构信息的交换要求(例如更改索引更改描述、原材料信息、版本状态、版本日期生成 器,项目等),模型名称可包含有限的内容和状态信息 建议 模型名应该符合规定的命名规则 例如,它可以包括部件/项目的编号和描述、数据类型,更改索引 值、发放日期生成器等 更详细的管理信息可以采用其他合适的、可转换的形式,以取得双方同意并附加 到CAD模型中 5.4.2模型结构 问题描述 模型结构是阐明三维CAD数据模型的必要条件 它确保将模型内容安全而迅速地缩减到一个有 用的交换范围中 建议: 模型结构应该符合下列必要条件: 它必须是可识别的、易于理解的并且紧密地分配到CAD数据模型中,与CAD数据模型紧密 结合 在上述数据交换期间,必须同时提供符合涉及质量文件编制规则的数据; 它应该能够区分辅助几何和基本产品几何也就是线框、曲面和实体几何); 它应该能够区分几何的左/右/中间区域 它应该能够重新生成逻辑关系,例如函数、集合或相似; 它应该能够区分可变的和不可变的内容 5.4.2.1坐标系 问题描述: 为了保证一个明确的空间关系,CAD系统的几何信息应该能够转移到一个规定的坐标系中 建议: 例如,根据零件不同,相关的标准参考系是车辆或发动机坐标系 允许使用辅助坐标系(例如,对于生产或质量保证任务) 应该将几何转换到这些坐标系之一,这个 坐标系与相对参考坐标系的关系必须明确地写人文档并且能够通过接口进行交换 5.4.2.2更改 问题描述 对于接收方而言,快速而完整地识别更改是极为重要的 与工程图样部分相比较，三维模型没有标 准的识别方法和元素 因此,在传递数据前,与合作伙伴之间就应用标识过程达成共同的协议是极为重 要的 建议: 更改的描述应该与数据一起提交,还应该标识出更改的位置(例如颜色,图层结构等等) 确保标记 可采用中性数据格式转换 更改应该包括在一个完整的零部件中,即不仅仅转换更改过的儿何,对每一 个审批和发放的更改都应该收到一个新的更改索引中 该索引应该与相关联的工程图样- 致 在模型 名中,更改和发放状态应该可以各自识别 5.4.3工程图样 本条描述了对生成CAD工程图样及其技术文档有特殊影响的因素 5.4.3.1视图 问题描述 为了使接收方能在系统内部完成后续工作,而不仅仅绘制图样,在使用结构元素“视图”时,应遵循 特定的规则 23
GB/T187842002 建议: 视图框架必须在图框范围内 图样元素应该在描述它们的“视图”中产生 带有细节断面或放大的视图应该与原视图有同样的原点(原点,参考点) 视图可以改变比例,儿何则不能改变比例 5.4.3.2在工程图样中引用三维模型 问题描述 有些CAD系统允许在不生成二维几何元素的情况下建立工程图样,这些二维几何是三维几何在 工程图样平面上的投影 建议: 在项目开始时,合作伙伴之间应该就以下问题相互达成协议:工程图样是否仅仅包含真正的绘图元 素;在三维模型中是否允许视图出现 在这两种情况下,为了精确描述零件,工程图样与三维CAD模型 是紧密相关的,从而避免了三维CAD模型和工程图样之间的偏差 5.4.3.3CAD源标注 问题描述 工程图样经常不包括对它们的CAD源数据记录的引用 因此难以对三维CAD模型的修改(例如 在工装制造中)进行反馈 建议: 工程图样应包含CAD源标注(系统名、版本、三维CAD模型的存储地址、零件/工程图样的索 引等 5.4.3.4对外部数据库的引用 问题描述: 交换来自于外部数据库的几何元素、符号等,应该确保接收方对外部数据库的可见/可用性 建议: 通过采用外部数据库的符号、图框或标准件,可以实现 给出一个显式的外部引用,并且对库交换加以讨论; 或者,确保该结构的完整分解 5.4.4实体 5.4.4.1重新生成工程图样的功能 问题描述: 在许多系统中,实体不会自动更新,必须人工重新生成它们.那些不能被重新生成的实体,无法做进 -步的处理 如果实体不具备重新产生的条件,可能是由于建立模型时尚未被考虑到的修改 建议: 实体的重新生成应该在生成实体的系统中进行 如果必要的话,系统将提示错误消息和警告,或者 自动抑制不正确的操作.这些错误提示和警告都应该认真对待,通过适当的手段,分别予以排除或避免 5.4.4.2其他几何形状的导出 问题描述 在设计过程和过程链中能够从实体导出其他几何形状是非常重要的.它的先决条件是具有正确无 误地重新生成工程图样的能力 5.4.4.2.1边和/或面 问题描述 在整个设计过程中,需要导出实体的边和/或面 它通常为后续的设计过程构成原始的或辅助的几 何元素 24
GB/T187842002 5.442.2闭合(环绕)的曲面组 问题描述 对于不同CAD/CAM系统之间的数据交换，经常有必要导出闭合的曲面组 对于不能处理实体的 CAD/CAM系统,应具有曲面描述功能 建议 如果不能预先导出其他几何形状(见本条),那么很可能是由生成工程图样期间出现的错误造成的、 而这些错误必须找到并且改正 5.4.4.3实体的建立 5.4.4.3.1规范元素优先 问题描述 如果一个几何能够通过规范元素(例如圆柱、立方体,球面、圆环面、具有规范基曲线的表面或回转 体,基曲线由圆弧和直线构成)来表达,那么该表达更好地实现了设计需求 通常,用这种方法产生的实 体修改起来非常容易 建议: 仔细检查实体及其基曲线,是否尽可能地应用了规范曲线 如果可能,用规范元素替换非规范元素 5.4.4.3.2形状特征优先 问题描述 形状特征除了包括几何描述,还包括了工程构造方面的含义(例如孔,而不是圆柱面) 形状特征还 可以包括技术参数(例如材料数据) 形状特征简化修改并且使得模型的建立更加易于理解 建议: 仔细检查实体,是否尽可能地应用了形状特征 如果可能,用形状特征来建立实体 5.4.4.3.3混合模型实体功能优先 问题描述: 许多CAD/CAM系统提供将曲面模型转换为B一rep实体模型的功能 通过该过程可以有效地创 建实体,然而和由特征构造的实体及由参数控制的基本实体构造的实体相比较,它不容易修改 建议: 仔细检查实体,是否尽可能地应用了实体建立功能,如果可能,可以重建实体 5.4.4.3.4历史记录的不可修改性 问题描述 在对实体作后续修改时,经常需要历史记录(“原始历史记录”). 建议: 不能在“原始历史记录”中添加后续记录 因此,应极力避免删除历史记录 5.4.4.3.5多余(辅助)几何 问题描述: 对几何表达不起任何作用的元素,在进行修改时将出现错误并且无端地增加了数据数量 不需要的几何包括 “无子节点”的辅助几何,也就是展开实体时不再需要的几儿何; 将被另- 一个实体完全替代的实体; 位于另一个实体之外,并且将从该实体中减掉的实体; 未使用的、废弃的设计步骤(例如“废弃的分支”). 建议 应该仔细地检查实体及其生成轮廓,以确定是否仅仅保留了对设计有用的几何 如有必要,删除辅 助几何 25
GB/T187842002 5.4.4.3.6空洞 问题描述 -个实体不应包括空洞 空洞通常是在建模过程中无意产生的,它们将实体变得复杂并且增加了数 据量 建议 应该仔细地检查实体,以确定是否保留了任何不想要的空洞 如有必要,删除不想要的空洞 5.4.4.3.7规范化 问题描述 采用规范化建立的实体,可以避免许多问题 除此之外.数据模型也变得容易修改 建议: 从一开始,就应该规范化地构造和创建实体 5.4.4.3.8减少详细度(特征) 问题描述 为了更好地完成装配分析,有限元计算或减少数据量,从实体中删除某些操作(例如删除所有的圆 角或斜角)是非常有意义的 应在实体的创建期间,就给予相应的考虑 建议: 如果必要,实体应该作适当地修改 5.4.4.3.9多个体实体 问题描述: 在许多CAD系统中,实体可能包含几个个体,也就是说,一个实体最少包含两个分离的个体(互相 之间并不接触) 不是所有CAD系统都能处理所谓多个体的实体,因此应该避免 建议: 在任何情况下,应该将每一个个体转换为一个实体,例如,取消或撤回“联合”操作,即对于每一个个 体都存在一个实体,这会在通过STEP转换期间自动进行 5.4.4.3.10多实体零件 问题描述: 个零件在操作系统中被定义为一个CAD文件 许多CAD/CAM系统无法在一个零件文件中处 理多个实体,而是认为在任何情况下每个零件文件中只有一个实体 例如在数据交换时,想转换整个装 配件就会出现问题 建议: 在任何情况下,每个实体应该存储在一个独立的零件文件中 装配件应该作为单个零件的合并件进 行转换 5.5附加的协议 5.5.1CAD系统的精度/公差参数 问题描述: 系统参数以及它们实现的原理及其作用.控制着CAD系统的数学算法,并且决定了几何元素的特 性,例如 标识; 联系/关系/连续性; -致性 另一方面,这些特性直接影响到转换的结果,即数据交换成功与否 为了更好地理解本章后面的建议,下面给出基本参数及其作用的简要描述 5.5.1.1精度参数(系统中性的)定义 26