用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的系統及方法

2023-07-27 07:33:51 1

(0》[[w)r勿j勺0選擇完後，在M^中減去所選的特徵因子，在《中添加所選的特徵因子，從《中減去所選特徵因子覆蓋的表面。e)如果《不為空集，重複第d)步，否則進入第f)步。f)根據以下公式更新每個特徵因子對應的信息素強度。朋f加1《l表示選擇的特徵因子集中包含的特徵因子數量。g)Count=Count+l。如果Count〉Cmax，結束循環。並找出《，k=l_ant—num，中特徵因子數最少的覆蓋O。否則重新轉到第c)步。3)特徵因子選擇用蟻群算法求解模型，可以得到完成零件加工所需要的最少特徵因子的集合C*，使零件上大多數表面只對應了O中的一個特徵因子。但零件中依然存在某些加工表面可能包含多個特徵因子，即這些表面可以用O中的兩個或兩個以上不同特徵因子進行加工。為了得到加工特徵，必須為具有多個特徵因子的加工表面選定一個特徵因子。對於這種被特徵因子重複覆蓋的加工表面，選擇其中任何一個特徵因子都不會影響零件在加工中使用的刀具種類和裝夾次數。但為了使同一特徵中的表面能夠被連續加工，應該使相鄰表面包含在同一特徵中。從特徵因子選擇的角度看，就是使相鄰加工表面所採用的特徵因子儘可能相同。特徵因子選擇的方法如下a)對每一個具有多個特徵因子的加工表面X。al)如果加工表面x與只有一個特徵因子facj的加工表面y相鄰，且加工表面x的特徵因子中包含facj，則加工表面x採用特徵因子facj。a2)如果加工表面x的所有相鄰加工表面都只有一個特徵因子，且加工表面x的特徵因子中不包含任何相鄰表面的特徵因子，則為加工表面x隨機選擇一個特徵因子。a3)如果加工表面x既不滿足條件al)也不滿足條件a2)，則暫時不為該表面選擇特徵因子，優先處理滿足條件al)或a2)的加工表面。b)如果零件上具有多個特徵因子的加工表面都不滿足條件al)和a2)，則任取一個加工表面，並為該加工表面隨機選擇一個特徵因子。c)重複步驟a)和步驟b),直到零件上所有的加工表面都只對應一個特徵因子。本例中，通過步驟2)得到0中包含9種特徵因子，分別為1){立銑刀(0，0，-1)};2){麻花鑽(0，0，-1)};3){立銑刀(-1，0，0)};4){立銑刀(0，1，0)};5){麻花鑽(0，1，0)};6){立銑刀(0，-1，0)};7){麻花鑽(0，-1，0)};8){立銑刀(-1，0，0)};9){立銑刀(0，0，1)}。零件的加工表面中存在被特徵因子重複覆蓋的表面。如圖9中的加工表面1，既可以採用{立銑刀(-i，0，0)}，也可以採用{立銑刀(0，0，-i)}，但由於其相鄰加工表面3隻能採用特徵因子{立銑刀(0，0，-1)}，所以加工表面l也選擇特徵因子{立銑刀(0，0，-1)}。所述步驟slO將具有相同特徵因子的表面組合在一起構成加工特徵，並轉化為標準的數據格式，作為整個系統的輸出。圖14顯示了本例的特徵檢測結果9個加工特徵，且每個加工特徵都對應了採用的刀具類型和刀具接近方向。該結果符合CAPP系統對特徵檢測要求。2權利要求1、一種用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的系統，其特徵在於包括特徵檢測系統集成平臺、刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特徵因子提取模塊、特徵因子優化選擇模塊、加工特徵輸出模塊、刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫，其中所述特徵檢測系統集成平臺將刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特徵因子提取模塊、特徵因子優化選擇模塊和加工特徵輸出模塊的輸入和輸出信息進行集成管理，實現各模塊之間數據交換；所述刀具信息更新模塊根據實際加工環境中的刀具資源，將刀具信息保存在刀具信息庫中，當加工環境中增加或減少了刀具，通過該模塊對刀具信息庫中的數據做出相應的修改；所述零件信息輸入模塊完成零件與毛坯CAD模型的輸入，提取零件和毛坯的實體模型，並將其作為加工表面確定模塊的輸入；所述加工表面確定模塊通過將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積，將零件體積外表面與切削體積外表面求交，得到零件的加工表面，同時提取加工表面的類型和幾何信息作為表面加工方法生成模塊的輸入；所述表面加工方法生成模塊，根據表面加工方法生成方法庫中的方法為每個零件加工表面生成所有可能的表面加工方法；所述表面加工方法生成方法更新模塊根據刀具信息庫中的刀具信息，添加和更新表面加工方法生成方法庫中的4類方法，包括切削模式與刀具類型之間的映射關係、切削模式與加工表面類型之間的映射關係、TAD生成方法、刀具尺寸約束生成方法；所述表面加工方法可行性檢測模塊，對由表面加工方法生成模塊產生的每個加工表面的所有可能加工方法進行可行性分析，判斷刀具信息庫中是否包含滿足刀具尺寸約束條件的刀具，以及刀具在加工時是否會與其它零件表面發生幹涉，如果發生以上兩種情況則認為加工方法不可行，通過該模塊檢測的所有可行加工方法將被作為特徵因子提取模塊的輸入；所述特徵因子提取模塊，將零件上每個加工表面的可行加工方法轉化為一組特徵因子，並將重複的特徵因子合併作為特徵因子優化選擇模塊的輸入；所述特徵因子優化選擇模塊的輸入為零件的所有加工表面，每個表面都對應了一組特徵因子，該模塊以整個零件所採用的特徵因子數最少為目標建立集合覆蓋模型，採用最少的特徵因子覆蓋所有的零件加工表面，通過蟻群算法搜索模型的最優解，最後為被特徵因子重複覆蓋的表面選擇與相鄰表面相同的特徵因子，該模塊的輸出為零件的所有加工表面，且每個表面只對應了一個特徵因子；所述加工特徵輸出模塊根據特徵因子優化選擇模塊的輸出，將具有相同特徵因子的表面組合在一起構成加工特徵，並轉化為標準的數據格式，作為整個系統的輸出。2、根據權利要求l所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的系統，其特徵是，所述表面加工方法生成模塊中包含4個模塊切削模式生成模塊、刀具類型生成模塊、TAD生成模塊、刀具尺寸約束生成模塊，以上4個模塊串形連接，前一個模塊產生的數據將作為後幾個模塊的輸入，其中所述切削模式生成模塊根據加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關係，生成加工表面所有可能的切削模式；所述刀具類型生成模塊根據切削模式與刀具類型之間的映射關係，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型；所述TAD生成模塊根據TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD;所述刀具尺寸約束生成模塊，根據刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。3、根據權利要求1或2所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的系統，其特徵是，所述表面加工方法生成模塊，其生成的表面加工方法包含4方面內容刀具類型、切削模式、刀具接近方向、刀具尺寸約束，其中所述刀具類型是指在加工某個表面使所採用的刀具類型；所述切削模式是指採用某類刀具進行加工時，刀具所採用的運動自由度與實際參與切削的刀刃表面類型的組合；所述刀具接近方向是指在加工時刀軸與加工表面之間的相對角度方向；所述刀具尺寸約束是指為了完成某個表面的加工而對刀具尺寸上施加的限制。4、根據權利要求l所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的系統，其特徵是，所述特徵因子提取模塊，其中特徵因子是表面加工方法的一部分，包含兩方面內容刀具類型和刀具接近方向，這兩方面內容的任一組合都構成了一個特徵因子。5、一種用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的方法，其特徵在於包括以下步驟步驟l，建立刀具信息庫根據加工環境中的刀具狀況建立刀具信息庫；步驟2，建立表面加工方法生成方法庫根據刀具信息庫中的刀具信息，建立表面加工方法生成方法庫中的4類方法切削模式與刀具類型之間的映射關係、切削模式與表面類型之間的映射關係、TAD生成方法、刀具尺寸約束生成方法；步驟3，輸入零件與毛坯的CAD模型，並提取零件與毛坯的實體模型，作為步驟4的輸入；步驟4，確定零件的加工表面根據零件與毛坯的實體模型，確定零件的加工表面，過程為將毛坯體積減去零件體積得到零件的切削體積，將零件體積表面與切削體積表面求交，得到的相交表面，該相交表面即為零件的加工表面；步驟5，提取零件加工表面信息從零件的實體模型中獲得零件加工表面的類型、幾何尺寸、法線方向幾何信息，作為步驟6的輸入；步驟6，表面加工方法生成根據零件加工表面的類型、幾何信息和表面加工方法生成方法庫中的方法為零件的每個加工表面生成所有可能的加工方法，所述表面加工方法包含4方面內容刀具類型、切削模式、刀具接近方向和刀具尺寸約束；步驟7,表面加工方法可行性檢測通過檢測，從加工表面的可能加工方法中刪除不可行的方法，剩餘的加工方法為表面的可行加工方法，將作為步驟8的輸入；步驟8，特徵因子提取先為每個加工表面從其可行的加工方法中提取特徵因子，然後將重複的特徵因子合併；步驟9，特徵因子優化選擇為每個表面從可行特徵因子中選擇一個最優因子，使整個零件所包含的因子數最少；步驟IO，加工特徵輸出將具有相同特徵因子的表面組合在一起構成加工特徵，並轉化為標準的數據格式，作為整個方法的輸出。6、根據權利要求5所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的方法，其特徵是，步驟6中，所述加工方法生成分為4步①根據加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關係，生成加工表面所有可能的切削模式；②根據切削模式與刀具類型之間的映射關係，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型；③根據TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD;④根據刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。7、根據權利要求5所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的方法，其特徵是，步驟7中，所述表面加工方法可行性檢測，步驟如下①對每一可能的表面加工方法，從刀具信息庫中搜索滿足刀具尺寸約束要求的刀具集，如果沒有刀具能夠滿足尺寸約束，則認為該加工方法不可行；②如果存在一把或數把刀具能夠滿足尺寸約束，從中選擇一把尺寸最小的刀具進行，根據刀具的幾何形狀，加工採用的運動自由度和刀具接近方向，生成加工該表面時刀具的掃掠體積，如果掃掠體積與零件體積發生幹涉，則認為該加工方法不可行。8、根據權利要求5所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的方法，其特徵是，步驟8中，所述特徵因子提取，其中特徵因子是表面加工方法的一部分，包含兩方面內容刀具類型和刀具接近方向。9、根據權利要求5所述的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的方法，其特徵是，步驟9中，所述特徵因子優化選擇，分為三個步驟①根據步驟4-8的輸入建立集合覆蓋問題的數學模型通過步驟4得到零件的加工表面集^={/;，/2...//—■}，fjum為零件的加工表面數，通過步驟5-8得到零件上每個加工表面的特徵因子，零件上所有加工表面的特徵因子聚集在一起構成整個零件的特徵因子集^c-(y^,/^…./"c力cJ，fac—n咖為整個零件的特徵因子數，用矩陣A=(ay)f—numxfa。num來表達聚類優化模型，ai產l表示能夠採用特徵因子fac,加工表面f,，ai屍l表示不能夠採用特徵因子facj加工表面fi，聚類優化的目標是儘可能地選擇最少的特徵因子來加工所有的加工表面，即選擇最少的列覆蓋所有的行；②求解該模型首先計算集合覆蓋模型的SCHF啟發函數，通過矩陣A計算SCHF的各個參數，並獲得SCHF的值，把SCHF的值作為啟發信息，用蟻群算法求解該模型；③特徵因子選擇用蟻群算法求解模型得到完成零件加工所需要的最少特徵因子的集合，但零件中依然存在某些加工表面可能包含多個特徵因子，為具有多個特徵因子的加工表面選擇一個與相鄰表面相同的特徵因子。全文摘要本發明涉及到一種計算機集成製造
技術領域：
的用於三坐標數控加工中零件加工特徵檢測的系統及方法。所述系統包括特徵檢測系統集成平臺、刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特徵因子提取模塊、特徵因子優化選擇模塊、加工特徵輸出模塊、刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫。本發明能實現三坐標數控加工環境中複雜零件的特徵檢測，加工特徵由表面聚類而成，沒有固定的拓撲結構，不依賴於預先定義的特徵模式庫，能夠對複雜的特徵和相交特徵做出解釋；特徵檢測中充分考慮了加工環境中的實際加工資源，檢測得到的加工特徵必然具有可加工性。文檔編號G05B19/18GK101464676SQ20091004504公開日2009年6月24日申請日期2009年1月8日優先權日2009年1月8日發明者湯岑書,褚學寧申請人:上海交通大學