引言特征造型不僅能表達(dá)機(jī)械零件的底層幾何信息，而且可從具有工程意義的較高層次上對產(chǎn)品進(jìn)行表達(dá)和建模，有效支持產(chǎn)品整個生命周期內(nèi)的各個環(huán)節(jié)。因此，特征造型是將設(shè)計與質(zhì)量計算、工程分析、數(shù)控加工編程等環(huán)節(jié)聯(lián)結(jié)起來的紐帶。大多數(shù)特征造型系統(tǒng)均采用邊界表示法(B-rep)和構(gòu)造幾何法(CSG)相結(jié)合的方法來描述零件的形狀特征。邊界表示法主要用于描述構(gòu)成幾何體的幾何元素(頂點(diǎn)、線、面等)之間的拓?fù)潢P(guān)系，并可輔助用戶選取特定的幾何元素；構(gòu)造幾何法則通過樹形操作完成實體體素的拼合，形成最終設(shè)計特征。本文主要討論構(gòu)造幾何法的擴(kuò)展及其在數(shù)控鏜刀特征造型系統(tǒng)中的應(yīng)用。該方法對于其它數(shù)控刀具同樣適用。2輔助面切割法的引入由于數(shù)控刀具的形體為不規(guī)則的棱柱體，而構(gòu)造幾何法采用的拼合體素為規(guī)則形體，因此，單純采用構(gòu)造幾何法對數(shù)控刀具進(jìn)行造型，既不靈活效率又低。如引入輔助面切割法，則可簡化造型過程，提高造型效率，在某些情況下還可降低造型難度。試舉二例：例1圖1所示為數(shù)控刀具造型過程中構(gòu)造后刀面的抽象圖形。為獲得形體Ⅰ，采用構(gòu)造幾何法的步驟如下：550)this.style.width=550;if(this.height>550)this.style.width=(this.width*550)/this.height;">
圖1550)this.style.width=550;if(this.height>550)this.style.width=(this.width*550)/this.height;">
圖2

構(gòu)造原始長方體；構(gòu)造直棱柱Ⅱ，并從原始長方體中減去直棱柱Ⅱ，得到中間形體；由于棱柱Ⅲ為非直棱柱，經(jīng)處理補(bǔ)齊為直棱柱，再從第2步所得中間形體中減去處理后的直棱柱。由上述步驟可見，為得到形體Ⅰ，需構(gòu)造三個體素、進(jìn)行兩步拼合才能實現(xiàn)，并且還需對不規(guī)則體素進(jìn)行處理，形成體積比原體素大的規(guī)則體素后方能拼合，過程復(fù)雜。若采用輔助面切割法解決上述問題，則只需構(gòu)造原始長方體和輔助面P，然后用P面切割原始長方體，即可達(dá)到目的。例2圖2所示為數(shù)控刀具造型過程中構(gòu)造刀槽和前刀面的部分操作步驟的抽象圖形。為獲得形體Ⅰ，采用構(gòu)造幾何法需構(gòu)造三個體素，即原始長方體、直棱柱Ⅱ和Ⅲ，且直棱柱Ⅱ和Ⅲ中總有一個直棱柱需被構(gòu)造為比實際需要的體素大，這也增加了不必要的存儲空間。并且，如要保證圖2中Pt點(diǎn)的空間位置，則需提高原始長方體和直棱柱Ⅲ的造型要求，精確設(shè)計原始體素的尺寸，才能得到符合要求的Pt點(diǎn)。若采用輔助面切割法，為獲得形體Ⅰ，則只須構(gòu)造一個基本體素——原始長方體，然后構(gòu)造切割輔助面P1和P2，如需保證Pt點(diǎn)的位置，只要保證P1和P2平面均過Pt點(diǎn)即可，而這一點(diǎn)不難做到。為敘述方便和清楚，以上所舉二例都是經(jīng)化簡的模型，實際造型中所遇到的問題要復(fù)雜得多，而且用構(gòu)造幾何法構(gòu)造一個空間形體可以經(jīng)由不同的拼合路徑。與所有拼合方法相比，采用輔助面切割法都具有明顯的優(yōu)越性。3輔助面切割法的實現(xiàn)550)this.style.width=550;if(this.height>550)this.style.width=(this.width*550)/this.height;">
圖3

雖然采用輔助面切割法可大大簡化構(gòu)造幾何法，但并非在所有情況下都能實現(xiàn)。如圖3所示情況，為獲得形體Ⅰ，必須在原始長方體上減掉長方體Ⅱ，在此情況下輔助面切割法就無法使用。因此，輔助面切割法只能作為構(gòu)造幾何法的補(bǔ)充和擴(kuò)展，而無法完全取代構(gòu)造幾何法。輔助面切割法的應(yīng)用條件為：構(gòu)造幾何法中兩體素必須作差拼合運(yùn)算；拼合形成的最終形體必須位于輔助面一側(cè)。因此，為了最大限度地應(yīng)用輔助面切割法，在形成最終形體時，應(yīng)盡量采用差拼合方法。凡是能經(jīng)機(jī)械加工得到的零件，均可通過精心設(shè)計基本體素而以差拼合方法實現(xiàn)其特征造型。實現(xiàn)輔助面切割法的關(guān)鍵是輔助面的構(gòu)造及體素被切割后兩部分的取舍。平面的幾何定義為：通過空間一固定點(diǎn)且垂直于一空間向量的曲面。即由一空間固定點(diǎn)和一空間向量可唯一地確定一個平面，其中固定點(diǎn)位于平面上，空間向量為平面的法向量。因此，平面可由其點(diǎn)法式方程確定，即A(X-X0) B(Y-Y0) C(Z-Z0)=0(1)550)this.style.width=550;if(this.height>550)this.style.width=(this.width*550)/this.height;">
圖4

550)this.style.width=550;if(this.height>550)this.style.width=(this.width*550)/this.height;">
圖5

550)this.style.width=550;if(th