基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法.docx

基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法专利名称：基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法技术领域：本发明涉及一种基于去除特征识别的机加工序模型顺序建模方法，即在机械加工工艺设计过程中，在前一道工序的三维模型上去除某个特征(切削掉)创建出后一道工序的三维模型，第一道工序的三维模型就是毛坯模型，最后一道工序的三维模型就是最终的零件模型其全部工序三维模型的创建过程与实际加工中零件被逐步切削的过程相一致，也就是顺序建模的方法属于机械加工技术领域背景技术：近十年来，我国机械制造业在产品设计上和管理运营方面的计算机辅助技术取得了巨大的成绩，已经完全实现了全三维产品设计，部分零部件实现了虚拟仿真验证，一定程度上保证了生产的平稳顺畅运行但综合国内外制造技术发展状况，可以发现，上述传统的CAPP工作都是建立在二维图纸基础之上，同时，工艺设计与产品设计存在着时间和空间上的差异，无法进行协同工作文字描述加二维图纸是工艺信息的主要表达方式，带来了大量无意义的、重复性的流程和任务，如图纸分析、三维重建、各种工艺报表的编制等等，造成图纸理解易产生歧义、图纸和文字工作量繁重、工艺仿真不可能实现、更改流程复杂繁琐等问题。

而三维制造方式下，CAPP系统直接使用三维CAD模型进行工艺设计，不需要三维到二维再到三维的转换，化解了两个系统之间的矛盾，同时三维工艺信息的直观可视性可直接指导生产过程因而基于二维图纸的传统制造方式正在被三维制造方式逐步取代目前，在三维机加工艺设计中，产品模型被直接用于工序设计过程中的工序模型的快速生成零件加工可能会经历若干道工序，每道工序所对应的加工毛坯形状都不同，这个毛坯模型即该道工序的工序模型，也即中间毛坯模型其生成结果与工厂环境、加工方式等密切相关为提高工序模型的建模速度，目前出现的方法有两类其一是根据最终零件模型进行数控加工程序的编制，之后在仿真加工生成的模型基础上进一步创建工序模型；其二是先深度分析最终零件模型，自动识别待加工特征(即将被切除的材料)，然后采用逐步填充的方法逆向生成工序模型这两类方法各有特点，第一类方法需要对每一步设计都进行数控编程，对于一些不需要数控加工的零件也生成额外的数控程序，工作重复，但其生成模型的过程与实际加工过程一致，能适应多种结构的零件；第二类方法在特征深度分析基础上填补零件，一直返回到最初毛坯模型状态，其成功的前提是要求零件模型的定义过程符合标准要求，否则无法自动识别待加工特征，由于其自动化特点，应用局限性较大。

上述两种机加工序模型的创建方法目前都没有形成软件产品，仍然处于研究阶段由于工序模型创建的效率低，制约了整个三维工艺设计的整体效率的提高发明内容本发明是以解决上述问题为目的，主要解决现有技术工作重复及应用局限性较大的技术问题，而提供一种基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法其中，去除特征是指机械加工过程中需要从毛坯上切去材料的形状特征；工序模型是指机加工艺中某道工序完成后所得到的三维模型，该模型处于原始毛坯和最终零件之间的某种状态，对应于该道工序的加工任务该方法充分利用原始零件模型的几何特征，通过包络算法得到最初零件毛坯模型(即第一道工序模型)，然后在毛坯模型上识别下一道工序需要去除的特征，得到下一道工序模型，以此类推，逐步得到每一道工序的三维模型，并最终得到零件模型该方法按照实际机加工艺操作的顺序快速的创建工序模型，克服三维工艺设计对原始零件模型设计质量要求的问题，从而提高三维工艺设计系统的整体效率为实现上述目的，本发明采用下述技术方案基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法，该方法首先对去除特征进行分类和定义；其次在此分类基础上进行去除特征的识别；最后在去除特征识别的结果基础上完成工序模型的建模。

具体技术路线如下I)去除特征的分类和定义去除特征共分为六大类，分别为边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征、环形特征和其他特征I)边界特征是指在工序模型上直接去除的至少与两个以上的毛坯表面相交的位于边界的形状2)内陷特征是指只与一个毛坯表面相交的内凹的不贯通的形状⑶贯通特征是指在工序毛坯上去除的至少与两个以上的毛坯表面相交的通透的位于毛坯内部的形状4)螺纹特征是指去除材料之后形成的剩余形状是螺纹的情况，包括内外螺纹5)环形特征是指通过车削或铣削去除的圆环形形状6)其它特征是指需要精加工修整的所有表面特征2)去除特征的识别(I)选择特征类型在工序模型定义时，首先选择该道工序所要去除特征的类型，对应于边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征、环形特征及其它特征，不同的特征对应于不同的特征识别工具；(2)进行特征识别启动特征定义打开针对不同去除特征类型的特征定义工具，该工具集成于工艺设计系统中，提供选择集构建工具和基于选择集的特征识别、运算和建模功能；启动特征定义工具后，提示选择去除特征表面，表面的选择形成一个选择集；然后提示选择约束表面，表面的选择同样形成一个选择集；确定约束参数，在前两个选择集支持下完成去除特征的建模，该模型是去除材料的集合，在工序模型上可以选择显示或隐藏；有了这些工作，工序模型所对应的加工特征就被识别出来。

3)工序模型的建模(I)几何特征定义识别出的去除特征有时需要进一步处理，包括尺寸、角度、余量等几何定义；(2)属性特征定义加工特征上还需要附着技术要求、工艺要求、公差带、说明注释甚至颜色的区分等内容这些内容可分为文本属性与数值属性两种，由属性特征定义完成；(3)工序模型检查对该工序所描述的工序任务进行检验，对工序模型与工艺要求的符合程度进行检验；(4)工序模型生成最终生成工序模型；(5)工序模型后处理生成的工序模型包含在工艺模型之内，是工艺模型的组成部分，但为了后续的可视化制造应用，每一道工序模型都需要处理成单独的模型，并与工艺源模型保持数据关联，这一工作由工序模型后处理完成1.工序模型的定义如前所述，工序设计的主要任务是完成所有工序模型建模工作，即工序模型的定义具体的步骤为I)毛坯生成根据要进行机加工艺设计的零件进行包络面计算，生成最初的毛坯模型，也即第一道工序模型；2)判断是否需要下一道工序如果需要下一道工序，则进入第三步，否则结束；3)工序去除特征识别进行工序去除特征识别(参照技术路线中第二步);4)工序模型建模进行工序模型建模(参照技术路线中第三步)经过工序模型的建模循环，完成整个工序模型定义过程。

2.数据组织与管理方式工艺全信息模型是对工序模型所包含的所有信息的统一管理和存储模型，工序模型的定义结果将包含几何模型数据、尺寸公差数据、工序过程数据、材料数据、所使用机床数据、工装工具数据以及技术要求等数据，这些数据必须有效地组织在工艺模型中，是工艺模型定义各个阶段不可缺少的数据基础组织，工艺全信息模型包含两部分内容，一部分来自于零件产品定义即零件定义，一部分来自于工艺模型定义，即工艺规程工艺规程的内容以树形方式组织，其下一层节点分别为基本信息、材料信息和工序序列信息，基本信息类似于传统工艺中工艺规程的表头信息，包含项目、订单等；材料信息描述零件材料特性、牌号等；工序序列信息顺序地将零件工艺列表表示，每一道工序都包含下一级节点，节点内容为工序名称、工序描述、工序模型、工序参数和工序资源其中工序资源包含了该道工序所使用的机床、刀夹量具、工装等内容工艺模型以树的结构形式组织在一起，将零件的产品定义和工艺工序的定义集成在同一个模型中，这样的模型涵盖了生产制造过程所需要的产品结构、尺寸、公差、技术要求、工艺要求、工序状态、资源使用等所有信息，为全过程三维制造体系奠定数据基础本发明的有益效果及优点1.提供了工艺全信息模型的内容、结构等数据组织方式；2.提出去除特征的分类方法，为相应的特征识别工具开发以及知识推理与检索机制提供了基本约束条件，简化了工序设计的难度；3.提出了工序模型的新型生成方法，与实际加工过程一致，符合机加操作的逻辑和习惯，保证了工序模型的快速创建需求，大大减少了工艺准备的时间。

图1是本发明边界特征的示意图图2是本发明内陷特征的示意图图3是本发明贯通特征的示意图图4是本发明螺纹特征的示意5是本发明环形特征的示意图图6是基于去除特征识别的机加工序模型顺序建模方法框图图7是本发明工序模型定义过程的框图图8是本发明的工艺全信息模型的数据组织框图图9是本发明的零件模型图图10是本发明的零件毛坯模型图图11是本发明的工序模型图图12是本发明去除上端面的示意图图13是本发明去除前端缺口特征的示意图图14是本发明去除上后端凹槽特征的示意图图15是本发明去除左前端凹陷特征的示意图图16是本发明去除左端凹陷特征的示意图图17是本发明去除中部凹陷特征的示意图图18是本发明去除中左部贯通特征的示意图图19是本发明加工后的模型示意图具体实施例方式实施例下面结合附图1-19对本发明的实施步骤进行详细的描述基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法，该方法首先对去除特征进行分类和定义；其次在此分类基础上进行去除特征的识别；最后在去除特征识别的结果基础上完成工序模型的建模具体技术路线如下I)去除特征的分类和定义去除特征共分为六大类，分别为边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征、环形特征和其他特征。

I)边界特征是指在工序模型上直接去除的至少与两个以上的毛坯表面相交的位于边界的形状，如图1中特征F102)内陷特征是指只与一个毛坯表面相交的内凹的不贯通的形状，如图2中特征F203)贯通特征是指在工序毛坯上去除的至少与两个以上的毛坯表面相交的通透的位于毛坯内部的形状，如图3中特征F304)螺纹特征是指去除材料之后形成的剩余形状是螺纹的情况，包括内外螺纹如图4中特征F405)环形特征是指通过车削或铣削去除的圆环形形状，如图5中特征F506)其它特征是指需要精加工修整的所有表面特征2)去除特征的识别(I)选择特征类型(如图6中A10):在工序模型定义时，首先选择该道工序所要去除特征的类型，对应于边界特征(如图1中FlO类型特征)、内陷特征(如图2中F20类型特征)、贯通特征(如图2中F30类型特征)、螺纹特征(如图2中F40类型特征)、环形特征(如图2中F50类型特征)及其它特征(F60特征)，不同的特征对应于不同的特征识别工具；(2)进行特征识别(如图6中虚线框范围):启动特征定义(如图6中A20)打开针对不同去除特征类型的特征定义工具，该工具集成于工艺设计系统中，提供选择集构建工具和基于选择集的特征识别、运算和建模功能；启动特征定义工具后，提示选择去除特征表面(如图6中A30)，表面的选择形成一个选择集；然后提示选择约束表面(如图6中A40)，表面的选择同样形成一个选择集；确定约束参数(如图6中A50)，在前两个选择集支持下完成去除特征的建模，该模型是去除材料的集合，在工序模型上可以选择显示或隐藏；有了这些工作，工序模型所对应的加工特征就被识别出来(如图6中A60)。

3)工序模型的建模(I)几何特征定义识别出的去除特征有时需要进一步处理，包括尺寸、角度、余量等几何定义(如图6中A70);(2)属性特征定义加工特征上还需要附着技术要求、工艺要求、公差带、说明注释甚至颜色的区分等内容这些内容可分为文本属性与数值属性两种，由属性特征定义(如图6中A80)完成；(3)工序模型检查对该工序所描述的工序任务进行检验，对工序模型与工艺要求的符合程度进行检验(如图6中A90)；(4)工序模型生成最终生成工序模型(如图6中AlOO)；(5)工序模型后处理生成的工序模型包含在工艺模型之内，是工艺模型的组成部分，但为了后续的可视化制造应用，每一道工序模型都需要处理成单独的模型，并与工艺源模型保持数据关联，这一工作由工序模型后处理(如图6中A110)完成3.工序模型的定义如前所述，工序设计的主要任务是完成所有工序模型建模工作，即工序模型的定义具体的步骤为I)毛坯生成(如图7中B10):根据要进行机加工艺。