基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法

2023-09-23 09:17:40

專利名稱：基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法
技術領域：
本發明涉及一種CAD(計算機輔助設計)和CAM(計算機輔助製造)集成技術。
背景技術：
CAD/CAM及其相關技術從一開始是各自獨立出現、平行發展的，產品的設計和製造 階段都採用了獨立的系統進行產品建模，形成了設計與製造的「自動化孤島」。實際上，CAD 和CAM及其相關技術從技術上和應用上都是密切相關的，CAD與CAM的有效集成一直就是 人們努力的一個重要方向。特徵技術的產生，為實現CAD/CAM集成提供了有效途徑。近20 年來，出現了從設計特徵模型向加工特徵模型的多種特徵轉換方法，但這些方法存在轉換 結果不理想或轉換算法不夠健壯等問題。此外，由於零件的複雜多樣性和CAPP(計算機輔 助工藝規劃)的高度複雜性，在CAPP領域至今尚未有一個普遍適用的標準出現，雖然有些 方法考慮了多種加工解釋問題，但缺乏用戶交互手段，完全自動的特徵模型轉換過程導致 難以獲得理想的轉換結果。

發明內容
本發明的目的在於提供一種通過計算機有效地實現基於中間模型將設計特徵模 型向加工特徵模型轉換的方法，該方法可以大大提高產品生命周期中設計和生產階段的效率。為了達到上述目的，本發明的技術方案是一種基於中間模型將設計特徵模型向 加工特徵模型轉換的方法，通過計算機獲得設計特徵模型，並實現設計特徵模型向中間模 型轉換；再由計算機實現中間模型向加工特徵模型轉換，首先，將設計特徵模型向中間模型轉換，包括以下步驟，a、根據設計特徵模型，按照加入設計特徵的順序逐步生成若干個基本的最大加工 體，並把這些基本的最大加工體加入到中間模型中；b、為每個基本的最大加工體建立加工參數，並把每個基本的最大加工體的加工參 數加入到中間模型中；C、對中間模型中的基本的最大加工體執行合併過程，為該合併過程中新生成的最 大加工體建立加工參數，並將合併過程中新生成的最大加工體及其參數加入到中間模型 中，使得中間模型由所有的基本的最大加工體和新生成的最大加工體以及它們對應的加工 參數構成；然後，將中間模型向加工特徵模型轉換，包括以下步驟，d、根據加工優先規則的規定，按照優先程度從高到低的順序對中間模型中的每個 基本的最大加工體和每個合併後新生成的最大加工體進行排序，並從排序後的所有的基本 的最大加工體和合併後新生成的最大加工體中獲得若干個高優先程度的基本的最大加工 體或合併後新生成的最大加工體構成優先最大加工體集；e、由人機界面從優先最大加工體集中確認一個最優的最大加工體，並從中間模型中取出最優的最大加工體的加工參數，然後把優先最大加工體集中除了最優的最大加工體 以外的其它的最大加工體重新加入到中間模型中；f、把最優的最大加工體及其加工參數加入到加工特徵模型，並根據最優的最大加 工體更新中間模型用中間模型中的每個基本的最大加工體和每個合併過程中新生成的最 大加工體依次與最優的最大加工體做布爾減運算，在這個過程中，如果某個基本的最大加 工體或某個合併過程中新生成的最大加工體與最優的最大加工體做布爾減運算後已經不 存在，則刪除該基本的最大加工體或該合併過程中新生成的最大加工體對應的加工參數， 如果某個基本的最大加工體或某個合併過程中新生成的最大加工體與最優的最大加工體 做布爾減運算後體積變小，則重新計算該基本的最大加工體或該合併過程中新生成的最大 加工體的加工參數；g、重複d、e、f步驟，直至中間模型為空。所述基本的最大加工體和所述合併過程中新生成的最大加工體是指在不考慮對 零件其它加工特徵的加工過程的情況下，在毛坯上加工生成一個加工特徵時，根據選定的 加工方式能夠在毛坯中一次性去除的最大體積的材料體，該材料體能夠滿足特定的加工特 徵的要求。所述a、根據設計特徵模型，按照加入設計特徵的順序逐步生成若干個基本的最大 加工體，並把這些基本的最大加工體加入到中間模型中的過程為設計特徵為負特徵時，把設計特徵的特徵體向毛坯面延伸後得到基本的最大加工 體；設計特徵為倒角或圓角特徵時，直接把設計特徵的特徵體作為基本的最大加工 體；設計特徵為正特徵時，首先在中間模型中找出所有與設計特徵的特徵體相交的基 本的最大加工體，然後依次用這些基本的最大加工體與設計特徵的特徵體做布爾減運算， 產生若干剩餘體，最後根據設計特徵傳遞到這些剩餘體中的面來依次分割這些剩餘體，從 而生成一個或多個新的基本的最大加工體加入到中間模型中，原與設計特徵的特徵體做布 爾減運算後發生變化且產生了剩餘體的基本的最大加工體不再存在。所述b、為每個基本的最大加工體建立加工參數，並把每個基本的最大加工體的加 工參數加入到中間模型中的過程為對於每個基本的最大加工體，首先從基本的最大加工體中找到所有來源於毛坯的 實面，構成第一集合，對於第一集合中每個實面，以實面為刀具訪問面，實面的法向的反向 為加工方向，根據預先定義的加工類型判別規則判斷基本的最大加工體的加工類型，如果 基本的最大加工體是一個合法的加工類型，則把實面、實面的法向的反向，連同判別出的加 工類型作為基本的最大加工體的加工參數加入到中間模型中；然後從基本的最大加工體中 找到所有不是來源於毛坯的實面，構成第二集合，對於第二集合中每個實面，若基本的最大 加工體中不存在與實面平行的毛坯面，則對實面沿其法向反向平移構造一個虛面，使得虛 面與基本的最大加工體相切，此時如果以虛面為刀具訪問面，虛面的法向為加工方向，根據 預先定義的加工類型判別規則判斷出基本的最大加工體滿足某個加工類型的定義，則把虛 面、實面的法向，連同判別出的加工類型作為基本的最大加工體的加工參數加入到中間模 型中。
所述C、對中間模型中的基本的最大加工體執行合併過程，為該合併過程中新生成 的最大加工體建立加工參數，並將合併過程中新生成的最大加工體及其參數加入到中間模 型中；使得中間模型由所有的基本的最大加工體和新生成的最大加工體以及它們對應的加 工參數構成的過程為按基本的最大加工體的來源特徵類型分類處理，對於所有來源於正特徵或負特徵的基本的最大加工體，首先根據設計特徵的加入 順序、加工類型的判斷和相同加工方向上刀具訪問面的鄰接關係進行合併，合併時採用貪 婪算法原理，儘可能地使合併後的新生成的最大加工體體積最大，然後為新生成的最大加 工體計算加工參數，最後把新生成的最大加工體連同其加工參數一起加入到中間模型中；對於所有來源於凸邊圓角或倒角特徵的基本的最大加工體不做處理；對於任意一個來源於凹邊圓角或倒角特徵的基本的最大加工體，首先，在設計特 徵模型中找到基本的最大加工體的來源特徵的引用特徵，然後，把基本的最大加工體與對 應的中間模型中所有來源於引用特徵的基本的最大加工體合併，最後，從中間模型中刪除 基本的最大加工體的加工參數。所述加工優先規則分為基於幾何屬性和基於加工特徵類型兩種類型a)基於幾何屬性的優先規則加工訪問方向垂直於毛坯面的優先；一次加工體積大的優先；刀具訪問面面積大的優先；
與當前加工方向一致的優先。b)基於加工特徵類型的優先規則外切削環優先於臺階；孔、臺階和槽優先於腔；凸圓角後處理；斜銑面後處理。本發明通過計算機獲得設計特徵模型，並實現設計特徵模型向中間模型轉換；再 由計算機實現中間模型向加工特徵模型轉換，而且在中間模型向加工特徵模型轉換過程中 提供了人機互動界面，從而使得將設計特徵模型轉換為加工特徵模型後可以獲得更加合理 的加工特徵。該發明應用於CAD/CAM集成中，能夠通過計算機實現用戶交互，大大提高了產 品的設計和生產的效率，有效地縮短了產品開發周期和降低了生產成本。


圖1是本發明中加入正特徵時生成的基本的最大加工體和合併過程中新生成的 最大加工體示例；圖2是本發明中加入負特徵時生成的基本的最大加工體和合併過程中新生成的 最大加工體示例；圖3是本發明中基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法的流 程圖；圖4是本發明中加入正特徵後切割剩餘體生成基本的最大加工體的方法示例；
圖5是本發明中中間模型向加工特徵模型的一次轉換過程的示意圖；圖6是一個包含14個特徵的設計特徵模型；圖7是根據設計特徵加入的順序，使用本發明把圖6中的設計特徵模型向中間模 型轉換過程中生成的基本的最大加工體；圖8是使用本發明在圖7中所示vl方向上對圖7中的基本的最大加工體合併時， 建立的刀具訪問面相交關係圖和合併過程中新生成的最大加工體；圖9是使用本發明在圖7中所示v5方向上對圖7中的基本的最大加工體合併時， 建立的刀具訪問面相交關係圖和合併過程中新生成的最大加工體；圖10是使用本發明對圖7中來源於圓角特徵的基本的最大加工體合併過程中新 生成的最大加工體；圖11是一個設計特徵模型；圖12是對圖11中的設計特徵模型加工時擬採用的毛坯形狀；圖13是根據設計特徵加入的順序，使用本發明把圖11中的設計特徵模型向中間 模型轉換過程中生成的基本的最大加工體和合併過程中新生成的最大加工體；圖14是根據圖13中的基本的最大加工體和合併過程中新生成的最大加工體，使 用本發明把圖11中的設計特徵模型向加工特徵模型轉換過程中生成的一種加工解釋序 列。
具體實施例方式以下按照附圖，對本發明作進一步說明如圖3所示，一種基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法，其 特徵在於通過計算機獲得設計特徵模型DFM，並實現設計特徵模型DFM向中間模型IM轉 換；再由計算機實現中間模型IM向加工特徵模型MFM轉換，首先，將設計特徵模型DFM向中間模型IM轉換，包括以下步驟，a、根據設計特徵模型DFM，按照加入設計特徵的順序逐步生成若干個基本的最大 加工體M1，並把這些基本的最大加工體Ml加入到中間模型IM中；b、為每個基本的最大加工體Ml建立加工參數，並把每個基本的最大加工體Ml的 加工參數加入到中間模型IM中；C、對中間模型IM中的基本的最大加工體Ml執行合併過程，為該合併過程中新生 成的最大加工體M2建立加工參數，並將合併過程中新生成的最大加工體M2及其參數加入 到中間模型IM中，使得中間模型IM由所有的基本的最大加工體Ml和新生成的最大加工體 M2以及它們對應的加工參數構成；然後，將中間模型IM向加工特徵模型MFM轉換，包括以下步驟，d、根據加工優先規則的規定，按照優先程度從高到低的順序對中間模型IM中的 每個基本的最大加工體Ml和每個合併後新生成的最大加工體M2進行排序，並從排序後的 所有的基本的最大加工體Ml和合併後新生成的最大加工體M2中獲得若干個高優先程度的 基本的最大加工體Ml或合併後新生成的最大加工體M2構成優先最大加工體集MS ；e、由人機界面從優先最大加工體集MS中確認一個最優的最大加工體M3，並從中 間模型IM中取出最優的最大加工體M3的加工參數，然後把優先最大加工體集MS中除了最優的最大加工體M3以外的其它的最大加工體重新加入到中間模型IM中；f、把最優的最大加工體M3及其加工參數加入到加工特徵模型MFM，並根據最優的 最大加工體M3更新中間模型IM 用中間模型IM中的每個基本的最大加工體Ml和每個合 並過程中新生成的最大加工體M2依次與最優的最大加工體M3做布爾減運算，在這個過程 中，如果某個基本的最大加工體Ml或某個合併過程中新生成的最大加工體M2與最優的最 大加工體M3做布爾減運算後已經不存在，則刪除該基本的最大加工體Ml或該合併過程中 新生成的最大加工體M2對應的加工參數，如果某個基本的最大加工體Ml或某個合併過程 中新生成的最大加工體M2與最優的最大加工體M3做布爾減運算後體積變小，則重新計算 該基本的最大加工體Ml或該合併過程中新生成的最大加工體M2的加工參數；g、重複d、e、f步驟，直至中間模型IM為空。所述基本的最大加工體Ml和所述合併過程中新生成的最大加工體M2是指在不考 慮對零件其它加工特徵的加工過程的情況下，在毛坯上加工生成一個加工特徵時，根據選 定的加工方式能夠在毛坯中一次性去除的最大體積的材料體，該材料體能夠滿足特定的加 工特徵的要求。如圖1和圖2所示，分別給出了加入正特徵和負特徵時生成的基本的最大加工體 和合併過程中新生成的最大加工體示例。圖1(a)中的設計特徵模型模型由2個正特徵構 成，圖1(b)是毛坯。假定第1個凸臺已經設計並處理完成，現在加入第2個凸臺。此時存 在兩種加工方式第一種是作為4個臺階進行加工，則可以得到如圖1(d)所示的4個基本 的最大加工體；第二種是把該凸臺作為一個完整的外切削環進行加工，則對如圖1(d)所示 的4個基本的最大加工體進行合併可以得到合併過程中新生成的最大加工體，如圖1(c)所 示。圖2(a)中的設計特徵模型由5個設計特徵構成，其中第4和第5個設計特徵分別是盲 孔特徵和通孔特徵(負特徵)，圖2(b)是毛坯。假定第1-3個設計特徵已經設計並處理完 成，分別加入第4和第5個設計特徵後，把它們向毛坯面延伸，可以得到如圖2(c)所示的2 個基本的最大加工體。所述a、根據設計特徵模型DFM，按照加入設計特徵的順序逐步生成若干個基本的 最大加工體M1，並把這些基本的最大加工體Ml加入到中間模型IM中的過程為設計特徵為負特徵時，把設計特徵的特徵體向毛坯面延伸後得到基本的最大加工 體Ml ；設計特徵為倒角或圓角特徵時，直接把設計特徵的特徵體作為基本的最大加工體 Ml ；設計特徵為正特徵時(假設該正特徵為Feat)，首先在中間模型IM中找出所有與 Feat的特徵體相交的基本的最大加工體Ml，然後依次用這些基本的最大加工體Ml與Feat 的特徵體做布爾減運算，產生若干剩餘體，最後根據Feat傳遞到這些剩餘體中的面來依次 分割這些剩餘體，從而生成一個或多個新的基本的最大加工體Ml加入到中間模型IM中，原 與Feat的特徵體做布爾減運算後發生變化且產生了剩餘體的基本的最大加工體Ml不再存 在。分割一個剩餘體的方法為首先，在該剩餘體中找到所有來源於Feat的實面f ；其 次，對於任意一個來源於Feat的實面f，把實面f延伸至毛坯面或最近的一個阻擋面上；第 三，以實面f為基面，沿實面f的法向的反向進行拉伸操作，直至到達剩餘體外，從而生成一個幾何體(假設該幾何體為B)；最後把B與該剩餘體做布爾交運算，從而得到一個基本的 最大加工體。圖4是加入正特徵後切割剩餘體生成基本的最大加工體的方法示例。所述b、為每個基本的最大加工體Ml建立加工參數，並把每個基本的最大加工體 Ml的加工參數加入到中間模型IM中的過程為對於每個基本的最大加工體M1，首先從基本的最大加工體Ml中找到所有來源於 毛坯的實面，構成第一集合RS，對於第一集合RS中每個實面f，以實面f為刀具訪問面，實 面f的法向的反向為加工方向，根據預先定義的加工類型判別規則判斷基本的最大加工體 Ml的加工類型，如果基本的最大加工體Ml是一個合法的加工類型，則把實面f、實面f的法 向的反向，連同判別出的加工類型作為基本的最大加工體Ml的加工參數加入到中間模型 IM中；然後從基本的最大加工體Ml中找到所有不是來源於毛坯的實面，構成第二集合FS， 對於第二集合FS中每個實面f，若基本的最大加工體Ml中不存在與實面f平行的毛坯面， 則對實面f沿其法向反向平移構造一個虛面vf，使得虛面vf與基本的最大加工體Ml相切， 此時如果以虛面vf為刀具訪問面，虛面vf的法向為加工方向，根據預先定義的加工類型判 別規則判斷出基本的最大加工體Ml滿足某個加工類型的定義，則把虛面vf、實面f的法向， 連同判別出的加工類型作為基本的最大加工體Ml的加工參數加入到中間模型IM中。加工類型判定方法基於一系列預先定義的針對邊界模式的判定規則。例如，假定 有一個基本的最大加工體M1，其指定的刀具訪問面為Af，加工方向與Af的法向相反，對外 切削環可以採用如下判別規則· Af為毛坯面； 存在至少兩個實面不是毛坯面，假設這些實面構成實面集fs ；· f s中的實面順次相鄰且垂直； 對於f s中任意兩個實面，沿Af法向的反向看去，按逆時針順序設兩個實面的法 向為vl和v2，則v2與vl的叉乘與Af的法向一致；· Af與f s中的任一個實面相鄰。· Af與f s中的任一個實面垂直。由於一個基本的最大加工體Ml或合併過程中新生成的最大加工體M2可能存在多 種加工方式，相應地就可能存在多組加工參數，為了滿足多種加工解釋的要求，該過程需要 獲得所有滿足條件的加工參數組。所述C、對中間模型IM中的基本的最大加工體Ml執行合併過程，為該合併過程中 新生成的最大加工體M2建立加工參數，並將合併過程中新生成的最大加工體M2及其參數 加入到中間模型IM中；中間模型IM由所有的基本的最大加工體Ml和新生成的最大加工體 M2以及它們對應的加工參數構成的過程為按基本的最大加工體Ml的來源特徵類型分類處理，對於所有來源於正特徵或負特徵的基本的最大加工體M1，首先根據設計特徵的加 入順序、加工類型的判斷和相同加工方向上刀具訪問面的鄰接關係進行合併，合併時採用 貪婪算法原理，儘可能地使合併後的新生成的最大加工體M2體積最大，然後為新生成的最 大加工體M2計算加工參數，最後把新生成的最大加工體M2連同其加工參數一起加入到中 間模型IM中；對於所有來源於凸邊圓角或倒角特徵的基本的最大加工體Ml不做處理；
對於任意一個來源於凹邊圓角或倒角特徵的基本的最大加工體M1，首先，在設計 特徵模型DFM中找到基本的最大加工體Ml的來源特徵的引用特徵RF，然後，把基本的最大 加工體Ml與對應的中間模型IM中所有來源於引用特徵RF的基本的最大加工體Ml合併， 最後，從中間模型IM中刪除基本的最大加工體Ml的加工參數。對於來源於正特徵或負特徵的基本的最大加工體Ml進行合併時，本發明提出了 一種稱之為刀具訪問面相交關係圖(Tool Approach Face IntersectingGraph, TAFIG)的 圖結構來存儲所有來源於相同毛坯面的刀具訪問面間的相交關係。TAFIG中的結點存儲刀 具訪問面和對應的基本的最大加工體M1，無向弧表示兩個基本的最大加工體Ml的刀具訪 問面之間存在相交關係。合併基本的最大加工體Ml時，根據對TAFIG中每個最大連接子圖 的遍歷和搜索，結合對基本的最大加工體Ml的適當切割和加工類型判別依次實現基本的 最大加工體Ml的合併過程。來源於正(負)特徵的基本的最大加工體Ml的合併方法合併時從一個毛坯面出發，根據設計特徵加入的順序依次完成合併過程，所有毛 坯面都處理完成後，合併過程結束。由於對來源於正特徵或負特徵的基本的最大加工體Ml 的合併方法相同，下面僅介紹從一個毛坯面HgSSbfn)和一個設計特徵(假設為F)出 發，合併來源於正特徵的基本的最大加工體Ml的方法。合併算法開始前，首先建立刀具訪 問面相交關係圖(ToolApproach Face Intersecting Graph，TAFIG)，然後基於 TAFIG 完成 基本的最大加工體Ml的合併過程。建立TAFIG建立TAFIG的步驟為首先，獲得所有由F的後續相交特徵導致產生的、其刀具訪 問面來源於bfn的基本的最大加工體M1，構成基本的最大加工體集(假設該基本的最大加 工體集為BMS)，並為每個基本的最大加工體Ml在TAF相交關係圖中建立一個結點；然後， 對於BMS中任意一對基本的最大加工體Ml的刀具訪問面，如果它們相交，則在TAFIG中增 加一條無向弧。合併算法TAFIG可能由若干個最大連接子圖構成，根據每個最大連接子圖依次實現基本的 最大加工體Ml的合併過程。不失一般性，假定TAFIG僅包含唯一一個最大連接子圖。合併 算法的詳細步驟為步驟1 從TAFIG中任選一個結點為起始結點(假設該結點用a表示)，並在TAFIG 中找到所有與a直接相連的結點，構成結點集合；步驟2 以a關聯的基本的最大加工體Ml為基礎，結合對a關聯的基本的最大加 工體Ml的適當切割和加工類型判別在TAFIG中進行搜索，依次與搜索到的結點關聯的基本 的最大加工體Ml進行嘗試性地合併，產生若干臨時合併體；步驟3 對於每個臨時合併體，首先找到合併為該臨時合併體前的基本的最大加 工體Ml所關聯的結點，在TAFIG中取出所有與這些結點有相交關係並且尚未被合併入該臨 時合併體中的結點，結合加工類型判別，依次與搜索到的結點關聯的基本的最大加工體Ml 進行嘗試性地合併。在此過程中，如果能夠產生比該臨時合併體體積更大的臨時合併體，則 用新的體積更大的臨時合併體替換原來的臨時合併體。步驟4:重複步驟3，直到所有的臨時合併體體不再發生變化，此時所有臨時合併
11體就是合併後新產生的最大加工體M2 ；步驟5 為所有合併後新產生的最大加工體M2計算相應的加工參數，並把合併後 新產生的最大加工體M2及其參數加入中間模型IM中；步驟6 從TAFIG中刪除a及其關聯的相交關係後轉步驟1繼續執行，直至TAFIG為空。在綜合考慮刀具類型、夾具類型和工藝規劃人員的經驗等各種因素的基礎上，本 發明制訂了一系列加工優先規則，這些加工優先規則分為基於幾何屬性和基於加工特徵類 型兩種類型a)基於幾何屬性的優先規則· GRl 加工訪問方向垂直於毛坯面的優先；· GR2 一次加工體積大的優先；· GR3 刀具訪問面面積大的優先；· GR4 與當前加工方向一致的優先。b)基於加工特徵類型的優先規則· FRl 外切削環優先於臺階；· FR2 孔、臺階和槽優先於腔； FR3:凸圓角後處理； FR4:斜銑面後處理。中間模型IM向加工特徵模型MFM的逐步轉換該過程根據既定的加工優先規則，在用戶的交互參與下，對中間模型IM中的基本 的最大加工體Ml和合併後新生成的最大加工體M2給出合理的加工解釋，生成加工特徵模 型 MFM。中間模型IM向加工特徵模型MFM的轉換過程，實際上是對中間模型IM中的基本 的最大加工體Ml和合併後新生成的最大加工體M2逐步給出合理的加工解釋的過程，中間 模型IM向加工特徵模型MFM的一次轉換過程如圖5所示。首先，系統根據加工優先規則和 用戶設置的範圍參數從中間模型IM中選擇所有符合條件的基本的最大加工體Ml和合併後 新生成的最大加工體M2 ；然後系統建議一個最優的基本的最大加工體Ml或合併後新生成 的最大加工體M2，即最優的最大加工體M3，用戶確認或重新選擇一個最優的最大加工體M3 後加入到加工特徵模型MFM中；最後更新中間模型IM0下面通過實例分析設計特徵模型向加工特徵模型的轉換過程。實施例一圖6中的設計特徵模型DFM由14個設計特徵構成，根據設計特徵加入的順序，第 1 2個設計特徵為正特徵，第3 8個設計特徵為負特徵，第9 14個設計特徵為凹邊圓 角特徵。在圖6中標註了第1 8個設計特徵(假設編號分別為Fl F8)，第9 14個特 徵位於F7和F8的6個凹邊上。算法開始時，設計特徵模型DFM為空，以毛坯體作為初始的基本的最大加工體(假 設該初始的基本的最大加工體Bi)，其6個加工方向分別以vl v6表示，如圖7(a)所示。 圖6中第1個特徵Fl是凸臺特徵(正特徵)，加入該特徵並把Bl與Fl的特徵體做布爾減 操作後，得到的剩餘體中只有一個實面來自F1，從而得到另一個基本的最大加工體B2，Bl不再存在，如圖7(b)所示。F2與Fl相交，且與Fl相關的基本的最大加工體為B2，因而用 B2與F2做布爾減運算，B2不復存在，得到的剩餘體中有5個實面來源於F2，根據正特徵的 基本的最大加工體的生成方法，將得到如圖7(c)所示的5個基本的最大加工體。設計特徵 F3-f6是孔特徵，根據負特徵的基本的最大加工體生成方法，將得到如圖7(d)所示的4個 基本的最大加工體。加入設計特徵F7和F8後，得到如圖7(e)所示的2個基本的最大加工 體。設計特徵F9 F14均為凹邊圓角特徵，通過計算加入圓角特徵前後的零件幾何模型的 布爾差，得到6個基本的最大加工體，如圖7(f)所示。至此，根據特徵設計歷史共生成了 17 個基本的最大加工體，它們在圖7中的編號為B3 B19。對中間模型IM中的基本的最大加工體進行合併時，在如圖7(a)中的vl方向上， 根據設計特徵加入的順序和相交關係，可以找到以Vl為加工方向的、與F2相關的8個基本 的最大加工體，編號分別為B3 B6、B8 B11。假定其刀具訪問面分別用tl t8表示， 則建立的TAFIG如圖8(a)所示。TAFIG由4個子圖構成，其中t7和t8是孤立的結點，不需 要執行合併過程，而根據t5和t6構成的子圖執行合併過程後，沒有生成新的最大加工體。 根據tl t4構成的子圖執行合併算法時，得到一個外切削環類型的合併後新生成的最大 加工體B20，如圖8(b)所示。在如圖7(a)中的v5方向上，根據加入設計特徵的順序和相交關係圖，與F7相交 的後續特徵為F8，因而找到以v5為加工方向的、與F7和F8相關的2個基本的最大加工體， 編號分別為B12和B13。假定其刀具訪問面分別用tl和t2表示，則建立的TAFIG如圖9 (a) 所示。TAFIG中只有2個結點，且它們對應基本的最大加工體的刀具訪問面存在相交關係。 由於B12比B13高，故合併B12與B13後，用B13的下底面切割合併體後得到如圖9 (b)所 示腔類型的合併後新生成的最大加工體，同時B13不再存在。最後，把圓角特徵產生的基本的最大加工體的合併入相應的基本的最大加工體 中，如圖10所示。最終生成了 12個基本的最大加工體或合併後新生成的最大加工體，編號 分別為B3 B12、B20和B21。從中間模型IM向加工特徵模型MFM轉換時，根據加工優先規則，合併後新生成的 最大加工體B20首先被選中，用戶確認該選項後，對中間模型IM中的剩餘的基本的最大加 工體和合併後新生成的最大加工體與B20進行布爾減操作，實現對中間模型IM的更新。中 間模型IM更新完成後，B3、B4、B5和B6將不再存在，B7和BlO將被切除掉一部分。隨後， 系統依次自動選擇B8 B11、B21、B12，最後加工含有斜面的B7。在這個過程中，用戶可以 交互重新選擇加工順序。以上過程得到了一個加工體序列，該序列連同加工參數構成了加 工特徵模型MFM。實施例二零件的設計特徵模型如圖11所示(該模型正反兩面對稱)。該模型由24個設計 特徵構成，包括5個拉伸凸臺特徵，15個拉伸切除特徵和4個圓角特徵。毛坯形狀如圖12所示。按照設計特徵加入的順序將設計特徵模型DFM向中間模 型IM轉換後，得到的基本的最大加工體和合併後新生成的最大加工體共有21個，編號分別 為Bl B21，如圖13所示。表1列出了導致每個基本的最大加工體和合併後新生成的最大 加工體產生或變化的所有設計特徵或設計特徵序列。表1最大加工體與設計特徵的對應關係
將中間模型IM向加工特徵模型MFM轉換時，以上生成的基本的最大加工體和合 並後新生成的最大加工體存在多種加工解釋，不同的加工解釋可以生成不同的加工特徵模 型。圖14描述了一種可能的加工解釋序列，圖中的ΒΓ Β2Γ表示加工體，它們在轉換開 始前用Bl B21初始化，隨轉換過程進行變動。
權利要求
一種基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法，其特徵在於通過計算機獲得設計特徵模型(DFM)，並實現設計特徵模型(DFM)向中間模型(IM)轉換；再由計算機實現中間模型(IM)向加工特徵模型(MFM)轉換，首先，將設計特徵模型(DFM)向中間模型(IM)轉換，包括以下步驟，a、根據設計特徵模型(DFM)，按照加入設計特徵的順序逐步生成若干個基本的最大加工體(M1)，並把這些基本的最大加工體(M1)加入到中間模型(IM)中；b、為每個基本的最大加工體(M1)建立加工參數，並把每個基本的最大加工體(M1)的加工參數加入到中間模型(IM)中；c、對中間模型(IM)中的基本的最大加工體(M1)執行合併過程，為該合併過程中新生成的最大加工體(M2)建立加工參數，並將合併過程中新生成的最大加工體(M2)及其參數加入到中間模型(IM)中，使得中間模型(IM)由所有的基本的最大加工體(M1)和新生成的最大加工體(M2)以及它們對應的加工參數構成；然後，將中間模型(IM)向加工特徵模型(MFM)轉換，包括以下步驟，d、根據加工優先規則的規定，按照優先程度從高到低的順序對中間模型(IM)中的每個基本的最大加工體(M1)和每個合併後新生成的最大加工體(M2)進行排序，並從排序後的所有的基本的最大加工體(M1)和合併後新生成的最大加工體(M2)中獲得若干個高優先程度的基本的最大加工體(M1)或合併後新生成的最大加工體(M2)構成優先最大加工體集(MS)；e、由人機界面從優先最大加工體集(MS)中確認一個最優的最大加工體(M3)，並從中間模型(IM)中取出最優的最大加工體(M3)的加工參數，然後把優先最大加工體集(MS)中除了最優的最大加工體(M3)以外的其它的最大加工體重新加入到中間模型(IM)中；f、把最優的最大加工體(M3)及其加工參數加入到加工特徵模型(MFM)，並根據最優的最大加工體(M3)更新中間模型(IM)用中間模型(IM)中的每個基本的最大加工體(M1)和每個合併過程中新生成的最大加工體(M2)依次與最優的最大加工體(M3)做布爾減運算，在這個過程中，如果某個基本的最大加工體(M1)或某個合併過程中新生成的最大加工體(M2)與最優的最大加工體(M3)做布爾減運算後已經不存在，則刪除該基本的最大加工體(M1)或該合併過程中新生成的最大加工體(M2)對應的加工參數，如果某個基本的最大加工體(M1)或某個合併過程中新生成的最大加工體(M2)與最優的最大加工體(M3)做布爾減運算後體積變小，則重新計算該基本的最大加工體(M1)或該合併過程中新生成的最大加工體(M2)的加工參數；g、重複d、e、f步驟，直至中間模型(IM)為空。
2.根據權利要求1所述的基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法， 其特徵在於所述基本的最大加工體(Ml)和所述合併過程中新生成的最大加工體(M2)是 指在不考慮對零件其它加工特徵的加工過程的情況下，在毛坯上加工生成一個加工特徵 時，根據選定的加工方式能夠在毛坯中一次性去除的最大體積的材料體，該材料體能夠滿 足特定的加工特徵的要求。
3.根據權利要求1所述的基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法， 其特徵在於所述步驟a、根據設計特徵模型(DFM)，按照加入設計特徵的順序逐步生成若 幹個基本的最大加工體(Ml)，並把這些基本的最大加工體(Ml)加入到中間模型(IM)中的過程為設計特徵為負特徵時，把設計特徵的特徵體向毛坯面延伸後得到基本的最大加工體 (Ml)；設計特徵為倒角或圓角特徵時，直接把設計特徵的特徵體作為基本的最大加工體 (Ml)；設計特徵為正特徵時，首先在中間模型(IM)中找出所有與設計特徵的特徵體相交的 基本的最大加工體(Ml)，然後依次用這些基本的最大加工體(Ml)與設計特徵的特徵體做 布爾減運算，產生若干剩餘體，最後根據設計特徵傳遞到這些剩餘體中的面來依次分割這 些剩餘體，從而生成一個或多個新的基本的最大加工體(Ml)加入到中間模型(IM)中，原與 設計特徵的特徵體做布爾減運算後發生變化且產生了剩餘體的基本的最大加工體(Ml)不 再存在。
4.根據權利要求1所述的基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法， 其特徵在於所述步驟b、為每個基本的最大加工體(Ml)建立加工參數，並把每個基本的最 大加工體(Ml)的加工參數加入到中間模型(IM)中的過程為對於每個基本的最大加工體(Ml)，首先從基本的最大加工體(Ml)中找到所有來源於 毛坯的實面，構成第一集合(RS)，對於第一集合(RS)中每個實面(f)，以實面(f)為刀具訪 問面，實面(f)的法向的反向為加工方向，根據預先定義的加工類型判別規則判斷基本的 最大加工體(Ml)的加工類型，如果基本的最大加工體(Ml)是一個合法的加工類型，則把 實面(f)、實面(f)的法向的反向，連同判別出的加工類型作為基本的最大加工體(Ml)的 加工參數加入到中間模型(IM)中；然後從基本的最大加工體(Ml)中找到所有不是來源於 毛坯的實面，構成第二集合(FS)，對於第二集合(FS)中每個實面(f)，若基本的最大加工 體(Ml)中不存在與實面(f)平行的毛坯面，則對實面(f)沿其法向反向平移構造一個虛 面(vf)，使得虛面(vf)與基本的最大加工體(Ml)相切，此時如果以虛面(vf)為刀具訪問 面，虛面(vf)的法向為加工方向，根據預先定義的加工類型判別規則判斷出基本的最大加 工體(Ml)滿足某個加工類型的定義，則把虛面(vf)、實面(f)的法向，連同判別出的加工類 型作為基本的最大加工體(Ml)的加工參數加入到中間模型(IM)中。
5.根據權利要求1所述的基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法， 其特徵在於所述步驟c、對中間模型(IM)中的基本的最大加工體(Ml)執行合併過程，為 該合併過程中新生成的最大加工體(M2)建立加工參數，並將合併過程中新生成的最大加 工體(M2)及其參數加入到中間模型(IM)中；使得中間模型(IM)由所有的基本的最大加工 體(Ml)和新生成的最大加工體(M2)以及它們對應的加工參數構成的過程為按基本的最大加工體(Ml)的來源特徵類型分類處理，對於所有來源於正特徵或負特徵的基本的最大加工體(Ml)，首先根據設計特徵的加入 順序、加工類型的判斷和相同加工方向上刀具訪問面的鄰接關係進行合併，合併時採用貪 婪算法原理，儘可能地使合併後的新生成的最大加工體(M2)體積最大，然後為新生成的最 大加工體(M2)計算加工參數，最後把新生成的最大加工體(M2)連同其加工參數一起加入 到中間模型(IM)中；對於所有來源於凸邊圓角或倒角特徵的基本的最大加工體(Ml)不做處理；對於任意一個來源於凹邊圓角或倒角特徵的基本的最大加工體(Ml)，首先，在設計特徵模型(DFM)中找到基本的最大加工體(Ml)的來源特徵的引用特徵(RF)，然後，把基本的 最大加工體(Ml)與對應的中間模型(IM)中所有來源於引用特徵(RF)的基本的最大加工 體(Ml)合併，最後，從中間模型(IM)中刪除基本的最大加工體(Ml)的加工參數。
6.根據權利要求1所述的基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法， 其特徵在於所述加工優先規則分為基於幾何屬性和基於加工特徵類型兩種類型a)基於幾何屬性的優先規則 加工訪問方向垂直於毛坯面的優先； 一次加工體積大的優先；刀具訪問面面積大的優先； 與當前加工方向一致的優先。b)基於加工特徵類型的優先規則 外切削環優先於臺階；孔、臺階和槽優先於腔； 凸圓角後處理； 斜銑面後處理。
全文摘要
本發明公開了一種基於中間模型將設計特徵模型向加工特徵模型轉換的方法，首先，將設計特徵模型(DFM)向中間模型(IM)轉換，然後，將中間模型(IM)向加工特徵模型(MFM)轉換。本發明應用於CAD/CAM集成中，能夠通過計算機實現用戶交互，大大提高了產品的設計和生產的效率，有效地縮短了產品開發周期和降低了生產成本。
文檔編號G06F17/50GK101923588SQ20101024564
公開日2010年12月22日 申請日期2010年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者劉景 , 朱英, 李晶, 溫坤, 陳正鳴 申請人:河海大學常州校區