CN104007702B - 基于主元的转角特征识别与构造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于主元的转角特征识别与构造方法，具备：加工面识别，基于几何类型及属性对加工面进行识别；点可加工性判断，根据零件表面的某个点是否可被刀具加工，建立基于机床可加工能力的点可加工判断准则及方法，判断点的可加工性；主元识别，根据面的几何类型、几何属性及可加工性，建立主元识别准则，实现主元的识别；转角特征构造，以主元为基础，计算切入元和切出元，构建侧R、底R及转角特征，并根据有效性判断准则评价转角是否有效；切深增大区识别与构造，根据转角特征顶面高度与切元最大高度之间关系，识别并构造切深增大区。采用本发明可以为转角加工自动化编程提供必要的技术基础，减少人工交互编程工作量，缩短编程周期，提高零件加工效率。

Description

基于主元的转角特征识别与构造方法

技术领域

本发明涉及一种基于主元的转角特征识别与构造方法，用于飞机复杂整体结构件数控编程中转角特征的识别，属于飞机数字化制造技术领域。应用该方法，可以实现飞机复杂整体结构件数控编程中转角特征的识别，为飞机结构件转角自动化编程提供技术基础，从而缩短飞机研制周期。

背景技术

相比分散式结构件，通常整体结构件的特征数量较大，尤其是转角特征，如某尺寸为3000mm*1200mm*35mm的飞机壁板零件，包含548个转角特征。在交互编程方式下，按照每个转角编程点击鼠标30次算，共需点击16440次，工作量大，编程周期长(约2～3天)。为此，亟需提高飞机结构件转角编程的自动化水平。而要实现飞机结构件转角的自动化编程，转角特征的自动识别是首要的关键。因此，研究基于主元的转角特征识别与构造方法，实现飞机结构件转角特征的自动识别，进而实现飞机结构件转角的自动化编程，提高数控加工的质量和效率，降低加工成本已成为高效数控加工技术急需解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于主元的转角特征识别与构造方法，该算法可实现转角特征的自动识别，为转角加工自动化编程提供必要的技术基础，减少人工交互编程工作量，缩短编程周期，提高零件加工效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

基于主元的转角特征识别与构造方法，其特征在于：该方法实现的主要步骤有：1)加工面识别；2)点可加工性判断；3)主元识别；4)转角特征构造；5)切深增大区识别与构造。

所述步骤1)加工面识别，根据加工角度和几何属性信息，首先对加工面进行分类；然后按照近二次规则面识别准则对近二次规则面进行识别；再对面的几何属性，计算正负性、凸凹性，并按照封闭性识别准则计算面的封闭性：

所述步骤2)点可加工性判断，根据零件表面的某个点是否可被刀具加工，判断点的可加工性，建立基于机床可加工能力的点可加工判断准则及方法；

所述步骤3)主元识别，根据面的几何类型、几何属性及可加工性，建立主元识别准则，其中主元是在某一加工工位下，零件侧壁面中任意点均为凹点且可加工的过渡曲面或凹边，实现主元的识别；

所述步骤4)转角特征构造，以主元为基础，计算转角加工的切入元和切出元，其中切入元是转交按照顺铣加工时刀具斜切进入的曲面集，切出元是转角按照顺铣加工时刀具斜切出转角区域的曲面集，构建侧R、底R及转角特征，并根据有效性判断准则评价转角是否有效；

所述步骤5)切深增大区识别与构造，根据转角特征顶面高度与切元最大高度之间关系，识别并构造切深增大区。

所述步骤1)的加工面识别中，近二次规则面的识别过程为：若已知加工精度ε_m，面f为Nurbs类型，其U向参数范围为[p_us，p_ue]，V向参数范围为[p_vs，p_ve]，分别在p_us，(p_us+p_ue)/2，p_ue处取U向参数线c_us，c_um，c_ue，类似地，分别在p_vs，(p_vs+p_ve)/2，p_ve处取U向参数线c_vs，c_vm，c_ve，建立以下近二次规则面识别准则：

准则1，即，近圆柱面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为相互平行的直线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为相互平行的直线；则f为近圆柱面；

准则2，即，近圆环面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧，则f为近圆环面；

准则3，即，近球面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心重合，且c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心重合，且c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧。则f为近球面；

准则4，即，近圆锥面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧，圆心共线且互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为直线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧，圆心共线且互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为直线。则f为近圆锥面；

准则5，即，近曲线圆角曲面规则如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，且c_vs，c_vm，c_ve均为曲线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，且c_us，c_um，c_ue均为曲线。则f为近曲线圆角曲面。

所述步骤1)的加工面识别中，针对几何属性的计算，主要包括：①正负向计算；②凸凹性计算；③封闭性计算；

所述的①正负向计算，取面f的中心点p_c，并提取p_c的体外法向v_n，计算v_n与Z轴正向v_z的夹角如果0≤θ≤90，则称面为正向面，如果90<θ≤180，则称面为负向面；

所述的②凸凹性计算，取面f的中心点p_c，并提取p_c的体外法向v_n，建立如下准则：(1)圆柱面凹凸性：如果f为圆柱面，原点为p_o，计算并且0≤θ<90，则f为凹圆柱面，否则为凸圆柱面；(2)圆环面凹凸性：如果f为圆环面，原点为o_c，大径为R，计算在垂直于轴向a方向上的分向量，在该方向上距离o_c为R的点为圆心p_o，计算并且0≤θ<90，则f为凹圆环面，否则为凸圆环面；(3)球面及曲线圆角凹凸性：与圆柱面类似。

所述的③封闭性计算，主要探讨圆柱面及锥面的封闭性，建立封闭性识别准则：

准则6，即，封闭性规则：设面f存在某条直线边的共边关联面为f₁，φ₁,φ₂分别为f、f₁的角度范围，如果同时满足以下条件：(1)f及f₁均为凹圆柱面或凹圆锥面；(2)f及f₁的原点重合；(3)f及f₁的半径相同；(4)φ₁+φ₂＝2π。则称f封闭；

所述步骤2)点可加工性判断的准则及方法，包括可加工判定准则及干涉判断方法，具体如下：

可加工判定准则：

已知点p，所在面为f，p在f的体外法向为加工坐标系Z轴正向为由p、v_n及v_z确立的纵向切平面为f_c，p在f_c的正切向为刀具轴向为与夹角为0≤β≤π:

据上述条件，建立点可加工性判断规则，如下：

准则7,即，侧刃可加工准则：如果0≤β≤α，并且刀轴与零件模型不产生干涉，则点p可用刀具的侧刃加工，简称侧刃可加工；

准则8,即，端刃可加工准则：如果0≤β≤α，并且刀轴与零件模型不产生干涉，则点p可用刀具的端刃加工，简称端刃可加工；

准则9,即，端角可加工准则：如果0≤β≤α，并且刀轴与零件模型不产生干涉，则点p可用刀具的底部圆角加工，简称端角可加工；

干涉判断方法：

该方法具体步骤如下：(1)建立刀轴射线；(2)干涉判断；

所述的(1)建立刀轴射线：根据点p所在面类型，建立相应的刀轴射线l_r，即，以点p为原点，与Z轴正向夹角小于90度的刀轴方向为矢量方向的射线，分以下四种：(a)竖直面：取判定点的侧刃可加工性；(b)水平面：取判定点的端角可加工性；(c)闭角面：取判定点的侧刃可加工性；(d)开角面：取或判定点的端刃可加工性或端角可加工性；

2)干涉判断

将射线与零件模型求交，计算交点，设g为求交算子，则有：

P＝g(l_r,M)

其中，P为交点序列p₁,p₂,…,p_n，并且z₁≥z₂≥…≥z_n，z_i为以射线方向为Z轴正向的局部坐标系下p_i的Z坐标值，n≥0，n≥i≥1。M为零件模型；如果n＝0，则判定射线与零件无干涉，点p可加工；如果n>0，则计算p_j,p_j+1的中点p_(j-1)j，n-1≥j≥1，并由算子D判定点p_(j-1)j与零件M的关系，如下：

B＝D(p_m,M)

其中，p_m为待判断点，B为点体关系判断算子，B＝0代表p在M内，B＝1代表p在M边界上，B＝2代表p在M外；根据算子B，建立以下准则：

(1)如果不存在p_(j-1)j，使得B_j＝0，则代表加工点p时，刀具不与零件产生干涉；

(2)如果存在p_(j-1)j，使得B_j＝0，则代表加工点p时，刀具与零件产生干涉。

所述步骤3)：主元识别：根据面的几何类型、几何属性及可加工性，建立主元规则识别，如下：

准则10，即，圆柱面主元规则：面f为圆柱面，若满足下列条件之一：(1)f的加工面类型为竖直非封闭凹圆柱面或开角非封闭凹圆柱面，并且f的中心点pc满足端角可加工；(2)f的加工面类型为闭角非封闭凹圆柱面，并且f的中心点pc满足侧刃可加工，则f为圆柱面主元；

准则11即，圆环面主元规则：面f为圆环面，若满足下列条件之一：(1)加工面类型为正向底圆面，并且f的中心点pc满足端角可加工；(2)加工面类型为正向底圆面，中心点pc不可加工，但其切元中存在切面可加工，则f为圆环面主元；

准则12，即，球面主元规则：面f为球面，若满足下列条件之一：(1)加工面类型为正向底圆面，并且f的中心点pc满足端角可加工；(2)加工面类型为正向底圆面，中心点pc不可加工，但其切元存在切面可加工，则f为球面主元；

准则13，即，曲面主元规则：面f为Nurbs曲面，如果满足下列条件之一：(1)f的加工面类型为竖直直纹面或开角面，并且f的中心点pc满足端角可加工，同时满足以下条件(表示为Cs)：<1>存在某个参数线方向(U或V)上，f的任意参数线均为圆弧，并且这些圆弧具有以下特征：a.圆弧半径都相同；b.圆弧所在平面法向与vz夹角不等于90度；c.在拓扑面范围内，圆弧内任意点均为凹点；<2>在另一个参数方向(V或U)上，f的任意参数线不满足近圆柱面、近圆环面、近球面识别准则；(2)f的加工面类型为闭角面，并且f的中心点pc满足侧刃可加工，同时满足条件Cs，则f为曲面主元；

所述步骤4)：转角特征构造；以主元为基础构造转角特征，包括(1)侧R与底R构造；(2)侧R与底R构造；(3)转角参数计算；(4)有效性判断；

所述的(1)侧R与底R构造，包括1)主元合并，2)基本参数计算和3)切元计算。

所述的1)主元合并，建立主元合并准则，如下：

准则14,即，侧R主元合并准则：设侧R主元h_s1，h_s2，若同时满足下列条件：

(1)h_s1，h_s2均为圆柱面或曲面主元且两者几何类型相同；

(2)两主元半径相等且轴线方向共线；

则称h_s1，h_s2满足合并条件。

准则15,即，底R主元合并准则：已知底R类主元h_b1，h_b2，如果同时满足下列条件：

(1)h_b1，h_b2为圆环面、球面或曲面主元且两者几何类型相等；

(2)h_b1，h_b2至少存在一条公共边且共边相切；

(3)h_b1，h_b2半径相等；

则称h_b1，h_b2满足合并条件。

所述的2)基本参数计算，即计算侧R和底R的夹角，方法如下：

设侧R或底R的主元序列为h₁,h₂,…,h_l，l≥0，所有主元的顶点列为p₁,p₂,…,p_n，n≥l≥0，原点为o_c，o_c至各顶点构建的矢量方向在XY平面投影生成的方向序列为取点列中的任意一点p'_m及其方向按照右手螺旋定则，得与的夹角α_i，如果α_i>π，α_i＝α_i-2π，n≥i≥0，按照从小到大排列α_i(i＝1，2，…)，形成为负角，为正角，相应地，点列更新为p″₁,p″₂,...,p″_m-1,p′_m,p″_m+1,...,p″_n，则夹角

所述的3)切元计算，需计算入界点及出界点，入界边及出界边，切入边及切出边，以及切入面及切出面。

所述的(2)侧R与底R匹配，建立匹配规则如下：

准则16,即，匹配原则准则：设侧R特征w_s，底R特征w_b，w_s主元面边集为E_s，w_b主元面边集为E_b，若同时满足以下条件：

(1)

(2)且w_s主元面与w_b主元面在e处共边相切；

(3)r_s＝r_b；

则侧R与底R相匹配。

所述的(4)有效性判断，判断转角特征是否需要加工，建立转角特征有效性判定准则：

准则17,即，有效性判定准则：设转角特征q，转角允许最大夹角α_max，允许最小夹角α_min，转角允许最大半径r_max，若同时满足以下条件：

(1)q的夹角α_min≤θ＝Max(θ_s，θ_b)≤α_max；

(2)q的半径r＝r_s≤r_max；

(3)t_qm＝1或t_qm＝2；

(4)q中至少包含一个完整的切入元及切出元；

则认为q有效，否则q无效，无需加工。

所述步骤5)：切深增大区识别与构造，按照切深增大区识别准则识别入增区、出增区和全增区，并按照切深增大区构造方法构造切深增大区；

所述切深增大区识别准则：(1)如果且则q无切深增大区；(2)如果且则q有入增区；(3)如果且则q有出增区；(4)如果且则q有全增区；

所述切深增大区构造方法：在切深增大区识别过程中，切入/切出面集F_i及F_o已经构建，仅需计算顶面f_st、底面f_sb及其Z向高度值z_st，z_sb。其中，底面f_sb＝f_t，z_sb＝z_t，顶面高度z_st取F_i或F_o中所有点的最大Z坐标值，顶面即为平行于XY平面且Z坐标值为z_st的平面；由f_st、f_sb、z_st、z_sb、F_i及F_o，即完成切深增大区的构造。

本发明的有益效果：应用本发明提出的基于主元的转角特征识别与构造方法的效果如下：(1)实现了基于机床可加工能力的点加工判断方法，综合几何类型、几何属性及可加工性的主元识别方法；(2)建立了转角特征的有效性判断准则。总之，采用本发明提出的基于主元的转角特征识别与构造方法可实现转角特征的自动识别，为转角加工自动化编程提供必要的技术基础，减少人工交互编程工作量，缩短编程周期，提高零件加工效率，缩短制造乃至整个飞机生产周期。

附图说明

图1为圆环面凸凹性示意图。

图2(a)～图2(d)为点可加工性示意图；其中图2(a)表示加工方向示例图，图2(b)表示侧刃可加工；图2(c)表示端刃可加工；图2(d)表示端角可加工。

图3(a)～图3(e)为刀具轴线示意图；其中，图3(a)为竖直面示意；图3(b)为水平面示意；图3(c)为闭角面示意；图3(d)为开角面；图3(e)为开角面示意。

图4为横向邻接示意图；

图5为夹角计算示意图。

图6是切深增大区的入增区示意图

图7本发明基于主元的转角特征识别与构造方法的总体流程图。

具体实施方式

本发明是建立在CAD/CAM系统平台上，实现飞机结构件自动编程转角特征自动识别的一种方法。

下面结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，本实施例是在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的实现过程，但是本发明的保护范围不限于下述实施实例。

本发明提出的基于主元的转角特征识别与构造方法实施的详细步骤如下：

步骤1)：加工面识别。基于面的几何类型及属性，识别加工面，包括(1)面的分类；(2)近二次规则面的识别；(3)几何属性计算；

所述的(1)面的分类，从加工角度和几何属性等信息，将加工面分为如表1所示类型：

表1 加工面类型

所述的(2)近二次规则面的识别，已知加工精度ε_m，面f为Nurbs类型，其U向参数范围为[p_us，p_ue]，V向参数范围为[p_vs，p_ve]，分别在p_us，(p_us+p_ue)/2，p_ue处取U向参数线c_us，c_um，c_ue，类似地，分别在p_vs，(p_vs+p_ve)/2，p_ve处取U向参数线c_vs，c_vm，c_ve，建立以下近二次规则面识别准则：

准则1(近圆柱面)如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为相互平行的直线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为相互平行的直线。则f为近圆柱面。

准则2(近圆环面)如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧。则f为近圆环面。

准则3(近球面)如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心重合，且c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心重合，且c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧。则f为近球面。

准则4(近圆锥面)如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧，圆心共线且互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为直线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧，圆心共线且互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为直线。则f为近圆锥面。

准则5(近曲线圆角曲面)如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，且c_vs，c_vm，c_ve均为曲线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，且c_us，c_um，c_ue均为曲线。则f为近曲线圆角曲面。

所述的(3)几何属性计算，主要包括：1)正负向计算；2)凸凹性计算；3)封闭性计算；

所述的1)正负向计算，取面f的中心点p_c，并提取p_c的体外法向v_n，计算v_n与Z轴正向v_z的夹角如果0≤θ≤90，则称面为正向面，如果90<θ≤180，则称面为负向面。

所述的2)凸凹性计算，取面f的中心点p_c，并提取p_c的体外法向v_n，建立如下准则：(1)圆柱面凹凸性：如果f为圆柱面，原点为p_o，计算并且0≤θ<90，则f为凹圆柱面，否则为凸圆柱面；(2)圆环面凹凸性：如图1所示，如果f为圆环面，原点为o_c，大径为R，计算在垂直于轴向a方向上的分向量，在该方向上距离o_c为R的点为圆心p_o，计算并且0≤θ<90，则f为凹圆环面，否则为凸圆环面；(3)球面及曲线圆角凹凸性：与圆柱面类似。

所述的3)封闭性计算，主要探讨圆柱面及锥面的封闭性，建立封闭性识别准则：

准则6(封闭性)设面f存在某条直线边的共边关联面为f₁，φ₁,φ₂分别为f、f₁的角度范围，如果同时满足以下条件：(1)f及f₁均为凹圆柱面或凹圆锥面；(2)f及f₁的原点重合；(3)f及f₁的半径相同；(4)φ₁+φ₂＝2π。则称f封闭。

步骤2)：点可加工性判断。点的可加工性与机床摆角范围、刀具尺寸及刀具类型等因素有关，为提高点可加工判断的效率，建立以下假设条件对有关因素进行简化：(1)五轴机床：A轴和B轴摆角范围均为0～α；(2)不考虑刀具尺寸及类型，简化成射线。

以上述假设为前提，建立基于机床可加工能力的点可加工判断准则及方法，如下：

1、可加工判定准则

已知点p，所在面为f，p在f的体外法向为加工坐标系Z轴正向为由p、v_n及v_z确立的纵向切平面为f_c，p在f_c的正切向为刀具轴向为与夹角为0≤β≤π，如图2(a)所示。

据上述条件，建立点可加工性判断规则，如下：

准则7(侧刃可加工)：如果0≤β≤α，并且刀轴与零件模型不产生干涉，则点p可用刀具的侧刃加工，简称侧刃可加工，如图2(b)所示。

准则8(端刃可加工)：如果0≤β≤α，并且刀轴与零件模型不产生干涉，则点p可用刀具的端刃加工，简称端刃可加工，如图2(c)所示。

准则9(端角可加工)：如果0≤β≤α，并且刀轴与零件模型不产生干涉，则点p可用刀具的底部圆角加工，简称端角可加工，如图2(d)所示。

2、干涉判断方法

点可加工判断与点所在面的类型密切相关，对于有些面，无需按照准则7‐9逐个执行判断，例如，闭角面上点肯定不可用端刃加工。因此，下面将结合点所在面类型，快速地进行干涉判断，方法如下：(1)建立刀轴射线；(2)干涉判断。

1)建立刀轴射线

根据点p所在面类型，建立相应的刀轴射线l_r(以点p为原点，与Z轴正向夹角小于90度的刀轴方向为矢量方向的射线)，分以下四种：(1)竖直面：取判定点的侧刃可加工性，如图3(a)所示；(2)水平面：取判定点的端角可加工性，如图3(b)所示；(3)闭角面：取判定点的侧刃可加工性，如图3(c)所示；(4)开角面：取或判定点的端刃可加工性或端角可加工性，如图3(d)、(e)所示。

2)干涉判断

将射线与零件模型求交，计算交点，设g为求交算子，则有：

P＝g(l_r,M)

其中，P为交点序列p₁,p₂,…,p_n，并且z₁≥z₂≥…≥z_n，z_i为以射线方向为Z轴正向的局部坐标系下p_i的Z坐标值，n≥0，n≥i≥1。M为零件模型。如果n＝0，则判定射线与零件无干涉，点p可加工；如果n>0，则计算p_j,p_j+1的中点p_(j-1)j，n-1≥j≥1，并由算子D判定点p_(j-1)j与零件M的关系，如下：

B＝D(p_m,M)

其中，p_m为待判断点，B为点体关系判断算子，B＝0代表p在M内，B＝1代表p在M边界上，B＝2代表p在M外。根据算子B，建立以下准则：

(1)如果不存在p_(j-1)j，使得B_j＝0，则代表加工点p时，刀具不与零件产生干涉；

(2)如果存在p_(j-1)j，使得B_j＝0，则代表加工点p时，刀具与零件产生干涉。

步骤3)：主元识别。根据面的几何类型、几何属性及可加工性，建立主元规则识别，如下：

准则10(圆柱面主元)面f为圆柱面，若满足下列条件之一：(1)f的加工面类型为竖直非封闭凹圆柱面或开角非封闭凹圆柱面，并且f的中心点pc满足端角可加工；(2)f的加工面类型为闭角非封闭凹圆柱面，并且f的中心点pc满足侧刃可加工，则f为圆柱面主元。

准则11(圆环面主元)面f为圆环面，若满足下列条件之一：(1)加工面类型为正向底圆面，并且f的中心点pc满足端角可加工；(2)加工面类型为正向底圆面，中心点pc不可加工，但其切元中存在切面可加工，则f为圆环面主元。

准则12(球面主元)面f为球面，若满足下列条件之一：(1)加工面类型为正向底圆面，并且f的中心点pc满足端角可加工；(2)加工面类型为正向底圆面，中心点pc不可加工，但其切元存在切面可加工，则f为球面主元。

准则13(曲面主元)面f为Nurbs曲面，如果满足下列条件之一：(1)f的加工面类型为竖直直纹面或开角面，并且f的中心点pc满足端角可加工，同时满足以下条件(表示为Cs)：<1>存在某个参数线方向(U或V)上，f的任意参数线均为圆弧，并且这些圆弧具有以下特征：a.圆弧半径都相同；b.圆弧所在平面法向与vz夹角不等于90度；c.在拓扑面范围内，圆弧内任意点均为凹点；<2>在另一个参数方向(V或U)上，f的任意参数线不满足近圆柱面、近圆环面、近球面识别准则。(2)f的加工面类型为闭角面，并且f的中心点pc满足侧刃可加工，同时满足条件Cs，则f为曲面主元。

步骤4)：转角特征构造。以主元为基础构造转角特征，包括(1)侧R与底R构造；(2)侧R与底R构造；(3)转角参数计算；(4)有效性判断；

所述的(1)侧R与底R构造，包括1)主元合并，2)基本参数计算和3)切元计算。

所述的1)主元合并，建立主元合并准则，如下：

准则14(侧R主元合并)设侧R主元h_s1，h_s2，若同时满足下列条件：

(1)h_s1，h_s2均为圆柱面或曲面主元且两者几何类型相同；

(2)两主元半径相等且轴线方向共线；

则称h_s1，h_s2满足合并条件。

准则15(底R主元合并)已知底R类主元h_b1，h_b2，如果同时满足下列条件：

(1)h_b1，h_b2为圆环面、球面或曲面主元且两者几何类型相等；

(2)h_b1，h_b2至少存在一条公共边且共边相切；

(3)h_b1，h_b2半径相等；

则称h_b1，h_b2满足合并条件。

所述的2)基本参数计算，即计算侧R和底R的夹角，方法如下：

设侧R或底R的主元序列为h₁,h₂,…,h_l，l≥0，所有主元的顶点列为p₁,p₂,…,p_n，n≥l≥0，原点为o_c，o_c至各顶点构建的矢量方向在XY平面投影生成的方向序列为取点列中的任意一点p'_m及其方向按照右手螺旋定则，得与的夹角α_i，如果α_i>π，α_i＝α_i-2π，n≥i≥0，按照从小到大排列α_i(i＝1，2，…)，形成为负角，为正角，相应地，点列更新为p″₁,p″₂,...,p″_m-1,p′_m,p″_m+1,...,p″_n，如图5所示，则夹角

所述的3)切元计算，需计算入界点及出界点，入界边及出界边，切入边及切出边，以及切入面及切出面。

所述的(2)侧R与底R匹配，建立匹配规则如下：

准则16(匹配原则)设侧R特征w_s，底R特征w_b，w_s主元面边集为E_s，w_b主元面边集为E_b，若同时满足以下条件：

(1)

(2)且w_s主元面与w_b主元面在e处共边相切；

(3)r_s＝r_b；

则侧R与底R相匹配。

所述的(4)有效性判断，判断转角特征是否需要加工，建立转角特征有效性判定准则：

准则17(有效性判定)设转角特征q，转角允许最大夹角α_max，允许最小夹角α_min，转角允许最大半径r_max，若同时满足以下条件：

(1)q的夹角α_min≤θ＝Max(θ_s，θ_b)≤α_max；

(2)q的半径r＝r_s≤r_max；

(3)t_qm＝1或t_qm＝2；

(4)q中至少包含一个完整的切入元及切出元；

则认为q有效，否则q无效，无需加工。

步骤5)：切深增大区识别与构造。

1、切深增大区识别

已知转角q，其导动元的起点p_ss，切入点p_se，切出点p_os及终点p_oe，侧R特征w_s，切入元面集结合体为g_i，切出元面集结合体为g_o，建立以下切深增大区计算方法：(1)入增区：垂直于方向在点p_ss，p_se处分别创建平面f_s，f_i，用f_s，f_i切割g_i，取f_s，f_i面之间的公共区域，并提取转角顶面f_t的上侧区域，形成若干面片集合F_i，如图6所示；(2)出增区：与入增区类似，形成面片集合F_o。根据F_i及F_o，建立以下识别准则：(1)如果且则q无切深增大区；(2)如果且则q有入增区；(3)如果且则q有出增区；(4)如果且则q有全增区。

2、切深增大区构造

在切深增大区识别过程中，切入/切出面集F_i及F_o已经构建，仅需计算顶面f_st、底面f_sb及其Z向高度值z_st，z_sb。其中，底面f_sb＝f_t，z_sb＝z_t，顶面高度z_st取F_i或F_o中所有点的最大Z坐标值，顶面即为平行于XY平面且Z坐标值为z_st的平面。由f_st、f_sb、z_st、z_sb、F_i及F_o，即完成切深增大区的构造。

Claims (4)

1.基于主元的转角特征识别与构造方法，其特征在于：该方法实现的主要步骤有：1)加工面识别；2)点可加工性判断；3)主元识别；4)转角特征构造；5)切深增大区识别与构造；

所述步骤1)加工面识别，根据加工角度和几何属性信息，首先对加工面进行分类；然后按照近二次规则面识别准则对近二次规则面进行识别；再对面的几何属性，计算正负性、凸凹性，并按照封闭性识别准则计算面的封闭性；

所述步骤2)点可加工性判断，根据零件表面的某个点是否可被刀具加工，判断点的可加工性，建立基于机床可加工能力的点可加工判断准则及方法；

所述步骤3)主元识别，根据面的几何类型、几何属性及可加工性，建立主元识别准则，其中主元是在某一加工工位下，零件侧壁面中任意点均为凹点且可加工的过渡曲面或凹边，实现主元的识别；

所述步骤4)转角特征构造，以主元为基础，计算转角加工的切入元和切出元，其中切入元是转角按照顺铣加工时刀具斜切进入的曲面集，切出元是转角按照顺铣加工时刀具斜切出转角区域的曲面集，构建侧R、底R及转角特征，并根据有效性判断准则评价转角是否有效；

所述步骤5)切深增大区识别与构造，根据转角特征顶面高度与切元最大高度之间关系，识别并构造切深增大区。

2.根据权利要求1所述的基于主元的转角特征识别与构造方法，其特征在于：所述步骤1)的加工面识别中，近二次规则面的识别过程为：若已知加工精度ε_m，面f为Nurbs类型，其U向参数范围为[p_us，p_ue]，V向参数范围为[p_vs，p_ve]，分别在p_us，(p_us+p_ue)/2，p_ue处取U向参数线c_us，c_um，c_ue，分别在p_vs，(p_vs+p_ve)/2，p_ve处取V向参数线c_vs，c_vm，c_ve，建立以下近二次规则面识别准则：

准则1，即，近圆柱面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为相互平行的直线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为相互平行的直线；则f为近圆柱面；

准则2，即，近圆环面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧，则f为近圆环面；

准则3，即，近球面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心重合，且c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心重合，且c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧，则f为近球面；

准则4，即，近圆锥面规则：如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径不同的圆弧，圆心共线且互不重合，并且c_vs，c_vm，c_ve均为直线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径不同的圆弧，圆心共线且互不重合，并且c_us，c_um，c_ue均为直线，则f为近圆锥面；

准则5，即，近曲线圆角曲面规则如果f满足以下条件之一：(1)c_us，c_um，c_ue均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，且c_vs，c_vm，c_ve均为曲线；(2)c_vs，c_vm，c_ve均为半径相同的圆弧，圆心两两互不重合，且c_us，c_um，c_ue均为曲线，则f为近曲线圆角曲面。

3.根据权利要求1所述的基于主元的转角特征识别与构造方法，其特征在于：所述步骤1)的加工面识别中，针对几何属性的计算，主要包括：①正负向计算；②凸凹性计算；③封闭性计算；

所述的①正负向计算，取面f的中心点p_c，并提取p_c的体外法向v_n，计算v_n与Z轴正向v_z的夹角如果0°≤θ≤90°，则称面为正向面，如果90°<θ≤180°，则称面为负向面；

所述的②凸凹性计算，取面f的中心点p_c，并提取p_c的体外法向v_n，建立如下准则：(1)圆柱面凹凸性：如果f为圆柱面，原点为p_o，计算并且0°≤θ<90°，则f为凹圆柱面，否则为凸圆柱面；(2)圆环面凹凸性：如果f为圆环面，原点为o_c，大径为R，计算在垂直于轴向a方向上的分向量，在该方向上距离o_c为R的点为圆心p_o，计算并且0°≤θ<90°，则f为凹圆环面，否则为凸圆环面；(3)球面及曲线圆角凹凸性：同圆柱面；

所述的③封闭性计算，探讨圆柱面及锥面的封闭性，建立封闭性识别准则：

准则6，即，封闭性规则：设面f存在某条直线边的共边关联面为f₁，φ₁、φ₂分别为f、f₁的角度范围，如果同时满足以下条件：(1)f及f₁均为凹圆柱面或凹圆锥面；(2)f及f₁的原点重合；(3)f及f₁的半径相同；(4)φ₁+φ₂＝2π，则称f封闭。

4.根据权利要求1所述的基于主元的转角特征识别与构造方法，其特征在于：所述步骤3)：主元识别：根据面的几何类型、几何属性及可加工性，建立主元规则识别，如下：

准则10，即，圆柱面主元规则：面f为圆柱面，若满足下列条件之一：(1)f的加工面类型为竖直非封闭凹圆柱面或开角非封闭凹圆柱面，并且f的中心点Pc满足端角可加工；(2)f的加工面类型为闭角非封闭凹圆柱面，并且f的中心点Pc满足侧刃可加工，则f为圆柱面主元；

准则11即，圆环面主元规则：面f为圆环面，若满足下列条件之一：(1)加工面类型为正向底圆面，并且f的中心点Pc满足端角可加工；(2)加工面类型为正向底圆面，中心点Pc不可加工，但其切元中存在切面可加工，则f为圆环面主元；

准则12，即，球面主元规则：面f为球面，若满足下列条件之一：(1)加工面类型为正向底圆面，并且f的中心点Pc满足端角可加工；(2)加工面类型为正向底圆面，中心点Pc不可加工，但其切元存在切面可加工，则f为球面主元；

准则13，即，曲面主元规则：面f为Nurbs曲面，如果满足下列条件之一：(1)f的加工面类型为竖直直纹面或开角面，并且f的中心点Pc满足端角可加工，同时满足以下条件，表示为Cs，<1>存在某个参数线方向U或V上，f的任意参数线均为圆弧，并且这些圆弧具有以下特征：a.圆弧半径都相同；b.圆弧所在平面法向与Vz夹角不等于90度；c.在拓扑面范围内，圆弧内任意点均为凹点；<2>在另一个参数方向，V或U上，f的任意参数线不满足近圆柱面、近圆环面、近球面识别准则；(2)f的加工面类型为闭角面，并且f的中心点Pc满足侧刃可加工，同时满足条件Cs，则f为曲面主元。