1．引言

    航空发动机壳体类零件具有结构复杂，孔、腔繁多，设计要求高，加工难度大等特点，其三维模型的建立一直是急需解决的难点，这直接影响到模具的设计与制造，并导致航空发动机生产周期过长，也是制约建立航空发动机电子样机的瓶颈。本文结合一项“十五”攻关课题，对复杂壳体类零件的建模方法进行了深入的研究，提出一套基于特征的复杂壳体类零件参数化建模的基本方法。

    2．参数化特征建模

    2.1 特征

    特征是一组与零件描述相关的信息集合，它包含了大量设计人员的设计意图。 一般特征可以分为：形状特征、精度特征、材料特征、技术特征和装配特征。特征是组成零件的基本元素，应满足以下要求：

    1). 特征是以结构的实体几何（CSG）和边界表示（B-Rep）为基础的几何形体定义；

    2.) 特征是参数化的几何实体，通过改变特征尺寸参数，可以用有限的特征构造出各种零部件实体模型；

    3.) 特征具有自己的属性，如精度、材料、技术条件等。

    从建模的角度，特征是一组具有特定关系的几何或拓扑元素，它们反映了一个实际工程零件或部件的特定几何形状，在参数化特征造型里，把特征分为下面的两种类型：

    1).几何特征(也叫形状特征)：它们反映零件的特定的几何形状，包括：

    (1 )基本特征：如体素特征、拉伸体特征、旋转体特征和扫描体特征等； 

    (2 )成型特征：如孔、倒圆和倒角等；

    2.辅助特征：是用来约束组成零件的不同几何特征的位置。包括工作面，工作轴，工作点和基准坐标系等。

    2.2 参数化

    参数化设计是通过定义特征间的几何约束和尺寸约束，自动维护特征间的关联关系，保证模型修改的一致性和有效性[1]。参数化设计是以表达式的形式存储设计参数，来实现参数驱动。它主要有两种操作类型，一种是尺寸约束参数化，对形状特征进行尺寸约束;一种是定位约束参数化，即对特征进行定位约束。

    将参数化设计与特征建模结合起来，使得特征作为参数的载体，通过特征的操作构造零件的几何形状，使得不同特征的形状尺寸和位置尺寸在一定范围内，操作者可以根据需求调整参数值，得到所需零件。

    3．复杂壳体类零件建模的步骤

    尽管机械产品的结构形式千差万别，用途和工作原理也各不相同，但在计算机上进行三维实体建模还是有一些规律可循，特别是复杂壳体类零件的建模，本文提出的建模过程为：零件结构分析——特征分解——基准体系分析——创建基本特征——创建附加特征。

    3.1 壳体零件的结构分析

    复杂壳体零件结构复杂，其三维建模是个艰巨的任务，一个零件的三维建模往往需要几个月甚至半年的时间才能完成。为了保证建模的科学性，正确性和合理性，在三维建模前，一般要根据零件的总体构造特点与零件工作功能机理对壳体零件进行结构分析，把关联关系比较紧密的一些特征作为一个特征集，这样可以把一个复杂零件分成几个类似“零件”的特征集[2]，并分析这些特征集之间的位置关联关系，确定特征集之间的建模顺序。

     所谓特征集是指为实现某一功能而相关联的若干特征的集合，这些特征之间的相互关联表现在几何和位置上的相互依存。在一个特征集中，一般总可以选出一个比较明显的特征，是其它特征定位的基础，我们称之为基特征，当基特征消失时，会引起依附特征的消失。基特征最大的特点就是它描述了零件的主要形状，相对依附特征具有一个比较大的接触面，或者具有较大的尺寸，它可以是复杂的拉伸特征，截面旋转特征，也可以是一个大体素特征，例如一个大的圆柱特征或者一个大的块特征等。有时在一个特征集中基特征并不是唯一的。

    一个复杂零件一般是由若干个特征集组成的，对壳体零件，特征集的划分一般要结合零件的构造特点与零件的工作功能机理， 特征集的划分不是唯一的，它与零件的具体结构有关。在特征集的划分时一般以选择壳体零件上一些主要特征为基础，把周围相关的特征分为一个特征集，可以把为实现一个局部功能的相关特征分为一个特征集，具体操作时，以壳体零件与其它零件的大接触面为基础，从接触面出发，找出该面所属的特征，然后找出能通过该特征进行定位的相关特征，这些特征即可以划分为一个特征集。如图1 所示的壳体零件可以分为以下6个特征集：特征集A，特征集B，特征集C，特征集D，特征集E 和壳体中间的孔特征集F(图中无法标出)，通过特征集的划分，可以把一个复杂的壳体零件分为几个相关的特征集，然后分析每个特征集是如何组成的，如何创建他们，以及各个特征集之间的相互关系，在此基础上确定特征集生成的先后顺序和相互引用的关系，画出特征集之间的相互关系图，这样可以大大简化零件模型的特征表示，同时也是后期的特征分解的基础。

图1 壳体零件

图2 特征简化示意图