切削加工工序中間實體生成方法技術

一種切削加工工序中間實體的生成方法，通過特征識別技術，在三維實體模型的Brep表達上，建立面向加工的制造特征模型，構造制造特征的表達模型，對制造特征的幾何面及其拓撲關系、幾何尺寸等進行描述；根據零件毛坯類型，定義零件的毛坯的形狀和邊界；對每個制造特征添加工藝屬性，描述其加工的工藝方法、工序步驟和工藝參數；根據不同的切削工藝去除材料的方式，定義了不同工藝方法對特征幾何面的變換方法，采用了包括面偏移、面移除、面重構等方法，實現制造特征按照工序的自動變換；在零件完整的工藝路線基礎上，對工序實體變換過程進行定義，實現按照工藝路線中定義的工序、工步，對零件三維模型的自動變換，逐步生成零件的中間工序實體模型。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種進行三維工藝設計中進行工序中間實體模型自動生成的方法，屬于計算機集成制造

技術介紹
采用切削加工的機械零件，零件的加工是從毛坯開始經歷一系列的去除材料的切削加工工序完成的。按照加工工藝路線，零件的形狀從毛坯開始到最終加工完成的整個過程中，將形成一系列的中間狀態的形狀，每個中間狀態的零件具有規定的尺寸和公差要求。在三維工藝設計中，將零件從毛坯開始，按照去除材料的工藝路線，在各個工序后都形成一個處于工序加工完成狀態零件三維模型，包括形狀和尺寸公差的三維標注，定義為工序中間實體模型，如圖I所示。工序中間實體模型對工序圖、數控編程、加工變形分析、夾具設計等都具有重要的作用。 目前的零件三維模型設計中，采用的CAD系統都是建立在設計特征模型之上的?；谠O計特征的模型的生成過程與實際的加工過程沒有直接的對應關系。商用CAD軟件都是采用對模型進行手工修改的方式，人工建立工序中間實體模型。這樣的方式效率低，模型的正確性難以保證。對于采用數控加工的零件，CAM軟件一般可以按照NC程序完成對零件加工過程的仿真，同時形成工序中間實體模型。但是，采用NC仿真程序生成的中間實體模型一般難以保留和輸出，無法作為工序設計依據用以生成三維工序簡圖并進行工序設計中的一些分析。在該領域的研究中，目前一般都是結合制造特征的識別技術，通過對制造特征的變換來實現中間工序實體模型的生成。
技術實現思路
在進行三維工藝設計中，零件的三維模型應當能夠實現根據加工工藝路線，從毛坯到最終零件形狀的自動生成和變換。本專利技術專利提出了一種基于制造特征模型和特征工藝信息的工序中間實體的自動生成方法。本專利技術專利所采用的技術方案是通過特征識別技術，在三維實體模型的Brep表達上，建立面向加工的制造特征模型，構造制造特征的表達模型，對制造特征的幾何面及其拓撲關系、幾何尺寸等進行描述；根據零件毛坯類型，定義零件的毛坯的形狀和邊界；對每個制造特征添加工藝屬性，描述其加工的工藝方法、工序步驟和工藝參數，包括刀具、工藝類型、切削用量等參數；根據不同的切削工藝去除材料的方式，定義了不同工藝方法對特征幾何面的變換方法，采用了包括面偏移、面移除、面重構等方法，實現制造特征按照工序的自動變換；在零件完整的工藝路線基礎上，對工序實體變換過程進行定義，實現按照工藝路線中定義的工序、工步，對零件三維模型的自動變換，逐步生成零件的中間工序實體模型。附圖說明圖I中間工序實體示意2過渡特征的邊界重構示意圖具體實施例方式中間工序實體，是指零件從毛坯狀態開始到加工完成形成最終成型狀態的整個過程中，每一步工序后所形成的制造中間實體。零件的中間工序實體一般有多個，與每步工序一一對應。中間工序實體的生成需要以識別出的特征面和毛坯面為基礎，來實現中間工序實體的生成。具體實施例方式中間工序實體的生成，主要是以加工的工藝信息為生成參數，特征面為變化面，毛坯面為約束面，來實現中間工序實體的逐步生成。模型變換過程采用了三維實體模型內核軟件為支撐，以三維實體Brep模型為表達模型。首先通過特征識別獲取零件所有的加工特征；然后將特征面按照對應加工工步的加工工藝信息(如切削方法、加工尺寸，加工方向等)進行變化，將每個特征恢復至此特征未加工時的零件狀態；最終恢復至毛坯狀態。這樣就實現了所有的中間工序實體的生成。中間工序實體的生成方法，按照加工特征面幾何結構的變化與否分為三類面偏移法、面移除法和面重構法。I.面偏移法面偏移法，即中間工序實體的生成是通過特征面的偏移實現的。首先獲取特征面，將特征關鍵面設置為偏移面；然后通過工藝信息得到加工方向和加工尺寸，面的偏移方向設置為加工方向，面的偏移量設置為加工尺寸；進而生成中間工序實體。其數學模型為0(ii, V) = S (U5 V) +d N (u, V)其中0(u，v)代表偏移之后面，S(u，v)代表偏移之前面，d為偏移量，H(u, V)為偏移之前面的法向量。從上述面偏移技術的原理可知，面偏移技術適用于在加工過程中面的幾何結構未發生變化的情況。如平面經過偏移仍是平面，柱面仍是柱面，曲面仍是幾何形狀相同的曲面。這也正符合一般加工的加工過程。面偏移法只能實現特征面在加工方向上的位置偏移，其幾何結構并未發生變化。如果遇到加工過程中，零件加工面的幾何結構發生了變化，例如平面加工成曲面，零件棱邊的圓角的加工等，特征面偏移技術就不能實現中間工序實體的生成，這時就要用到面移除法和面重構法。2、面移除法面移除法，即中間工序實體的生成是通過特征面的移除實現的。首先獲取特征面，將特征關鍵面設置為移除面，然后移除面，再通過延伸相鄰面的拓撲結構來重構模型，生成中間工序實體。面移除法只能實現特征面的消亡，適用于在加工過程中加工特征在毛坯上首次出現的情況。如在軸上加工鍵槽，在面上打孔，在面上加工腔體等。這符合特征第一次加工(即粗加工)時的加工過程。面移除技術中，移除特征面后，通過延伸相鄰面來重構模型。在選取移除面的時，由三維實體內核計算其相鄰面信息，并自動按照所相鄰面的類型進行面的延伸，形成封閉的實體幾何。3、面重構法對于許多用于模型編輯的操作來說，當對一個面進行某些輕微改動(例如進行變形)時，該面的邊界要按照下述方式進行重新計算，這個過程稱為模型的邊界重構。(I)將新的曲面(即變形過的面)與每一個相鄰面所在的曲面求交。 (2)將求交得到的每條新曲線分別與它們的相鄰曲線求交，則得到新邊的頂點。從求交運算中得到的幾何體可以用來更新原來的數據結構，從而產生一個新的幾何體。新幾何體的拓撲結構與原來對象的拓撲結構相同，但它們的幾何定義不同。面重構法的原理就是模型的邊界重構，它的實現利用的是三維實體BRep模型中拓撲與幾何相分離的特點。這種分離使得一個面所在的曲面發生變化時，含有面的拓撲結構(如面的邊界和面的鄰接邊)的記錄保持不變。重新計算面的邊界必須保證以下幾點 計算得到的所有幾何體與現有數據結構之間的正確連接； 正確處理求交運算中的多解問題； 正確處理退化問題(如面退化為邊(點)或者邊退化為點等情況)。在本專利技術專利中，面重構法主要用于特征面在加工前后的幾何結構發生變化的情況。例如過渡特征的恢復含有圓角或倒角特征的工序實體如何恢復至圓角未加工之前的工序狀態；或者曲面如何恢復至未加工之前的平面狀態。如錯誤！未找到引用源。所示。圖中過渡特征面圓角F，之前未加工為一棱角，面偏移法則不能使此圓角恢復至棱角狀態。對過渡特征面圓角F進行邊界的重構，首先獲得兩支持面fl和f2所在的幾何曲面F1、F2，通過幾何曲面F1、F2相交獲得相交曲線E1，將支持面-I中與支持面f2相鄰的圓角相鄰的邊所在曲線重新設置為新曲線E1，依次對底面每條邊進行如上操作設置新曲線，完成邊界中邊界線的重構；將若干新曲線分別相交則獲得交點，并將底邊的頂點分別重新設置為這些頂點完成邊界中所有頂點的重構，這樣就完成了圓角面向棱角的重構，圓角面在重構之后退化，被所形成的新邊所替代。利用面重構法，可以實現曲面按照指定參數轉化為平面或其它類型幾何形狀，來解決中間工序實體生成過程中的過渡特征、曲面特征以及其它復雜特征恢復的問題。面偏移法、面移除法以及面重構法相互結合，相互補充，能夠實現零件中間工序實體的生成。權利要求1.一種切削加工本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種切削加工工序中間實體的生成方法，其特征在于，第一步、在三維實體模型的Brep表達上，建立面向加工的制造特征模型，構造制造特征的表達模型，對制造特征的幾何面及其拓撲關系、幾何尺寸進行描述；第二步、定義零件的毛坯的形狀和邊界；第三步、對每個制造特征添加工藝屬性，描述其加工的工藝方法、工序步驟和工藝參數；第四步、定義不同工藝方法對特征幾何面的變換方法；第五步、按照工藝路線中定義的工序、工步對工序實體變換過程進行定義，采用面偏移、面移除、面重構的方法，逐步生成零件的中間工序實體模型。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張旭，白書清，李斌，劉穎，斯鐵冬，
申請(專利權)人：北京航天新風機械設備有限責任公司，北京理工大學，
類型：發明
國別省市：