CN104036096A - 斜面上凸起特征映射为制造特征体积的映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种将斜面上凸起特征映射相应制造特征体的映射方法，其特征在于、具体步骤如下：步骤1，基于交互式方式获取斜面上凸起特征的面组及其相邻面；步骤2，判断斜面上的凸起特征类型是单体积凸起特征还是多体积凸起特征，如果为多体积凸起特征，则将多体积凸起特征转化为单体积凸起特征，并形成新的倾斜平面以及制造特征体；步骤3，根据单体积凸起特征的映射算法，映射相应的制造特征体；步骤4，输出步骤2和步骤3获取的制造特征体。采用本发明，解决了在面向机加工零件含有斜面上凸起特征而不能快工艺创建工艺模型的问题，实现了提高工艺规划效率的目的。

Description

斜面上凸起特征映射为制造特征体积的映射方法

技术领域

本发明涉及三维工序间模型创建方法，尤其涉及三维机加工艺设计过程中，斜面上凸起特征转化为制造特征体积的映射方法。

背景技术

在全三维模型的工艺规划系统中，快捷地获取形成零件上加工特征而切除的材料体积能够方便于创建工序间模型以及更方便显示工艺信息，提高机加工零件工艺规划的效率。

凸起特征和凹陷特征是加工零件中最为常见的特征类型。在工艺规划过程中，凹陷特征与加工工艺信息紧密相连，能够快捷的获取加工过程中去除的材料体积，方便于工艺规划，然而，凸起特征却不能快速获取形成该特征所去除的材料体积，阻碍了工艺规划的效率。凸起特征在机加工零件中是一种常见的加工特征，它不仅能够降低表面粗糙度，保证连接的紧密性，而且能够增加结构强度和刚度。针对平面上的凸起特征，可以通过偏移平面至凸起特征的上表面可以获取相应的去除体积，然而利用偏移平面的方法却不能获取倾斜面上凸起特征所对应的去除材料体积，因此，迫切需要一种能将斜面上凸起特征转化为去除材料体积的转换策略。

加工形成斜面上的凸起特征所去除的材料体积几乎都是不规则的形状特征，在基于商业化的三维CAD软件进行创建该特征所对应的去除体积，不仅难以实现而且工作量大，由于机加工零件上存在斜面上凸起特征而大大降低了该零件工艺规划的效率。针对将加工零件上存在的斜面上凸起特征映射为所去除的材料体积的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明涉及机加工零件的三维工序间模型创建，主要是解决斜面上凸起特征映射为制造特征体的问题，而提出一种能够基于几何推理方法将斜面上凸起特征映射相应制造特征体的映射方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明所面向的是机加工零件上包含的倾斜平面上的凸起特征，将斜面上凸起特征映射相应制造特征体的映射方法，其具体步骤如下：

步骤1，基于交互式方式获取斜面上凸起特征的面组及其相邻面；

步骤2，判断斜面上的凸起特征类型是为单体积凸起特征还是多体积凸起特征；

步骤3，对应该特征具体类型的映射方法，映射相应的制造特征体。

所述的倾斜平面上凸起特征的分类，是根据加工倾斜平面所去除的材料体积是否能够包含凸起特征的体积，将该特征分为单体积凸起特征以及多体积凸起特征；所述的单体积凸起特征对应一个制造特征体，多体积凸起特征对应多个凸起特征；所述不同的倾斜平面上凸起特征类型对应于不同的映射方法；

所述的单体积凸起特征与多体积特征的判断方法如下：

(1)根据倾斜面相邻面的拓扑关系，将该特征分为两种类型进行分析：含有两组平行相邻面以及含有一组平行相邻面；

(2)针对含有一组平行相邻面的处理方法：首先，获取凸起特征上的所有点，以及与倾斜面不垂直的两相邻面及其法向量，两相邻面作为投影面，然后沿各投影平面法向量的逆向方向将所有点投影于获取的两相邻面，最后，若投影面内有投影点，则说明该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，否则为单体积凸起特征。

(3)针对含有两组平行相邻面的处理方法：首先，获取凸起特征上的所有点集，以及与倾斜面夹角最大的相邻面及其法向量，然后，计算与倾斜面夹角最小的相邻面及其相交边，通过相交边作一个虚拟平面并垂直于相邻面，获取该虚拟平面的法向量，随后，将获取的所有点投影于获取的相邻面及其虚拟平面，并沿各投影平面法向量的逆向方向，最后，若投影面内有投影点，则说明该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，否则为单体积凸起特征。

所述的各类型的映射方法，面向多体积凸起特征映射方法的策略为将其转换为单体积凸起特征。其各类型的具体实施步骤如下：

(1)单体积凸起特征的映射方法

步骤1，获取倾斜平面的相邻面，若只存在一对相互平行的相邻面，则延展各相邻面并在空间中相交，并结合倾斜平面所形成的最小体积就是该特征所对应的制造特征体。

步骤2，获取倾斜平面的相邻面，若存在两对相互平行的相邻面，获取与倾斜平面夹角较小的相邻面及其相交边，通过相交边作以虚拟平面并与该相邻平面垂直，然后延展其余相邻面并在空间中相交，结合倾斜平面所形成的体积就是该特征所对应的制造特征体。

(2)多体积凸起特征的映射方法，获取倾斜平面的相邻面，判断相邻面的拓扑关系；

步骤1，若只存在一对相互平行的相邻面，首先，计算凸起特征上的点到各投影面的最大距离，然后，沿各投影面的法向量偏移至最大距离处形成两个体积，随后，延展倾斜平面并与所形成的体积相交，删除沿倾斜平面法向量一侧的体积，形成新的倾斜平面以及制造特征体，此时多体积特征转换为单体积凸起特征进行处理获取对应的制造特征体，最后，输出生成的三个制造特征体；

步骤2，若只存在两对相互平行的相邻面，首先，获取与倾斜平面夹角最小的相邻面及相交边，过相交边作一虚拟平面并与该相邻面垂直，另一相邻面与虚拟平面作为投影面，沿投影面法向量的逆向并计算凸起特征上的点到投影面的最大投影距离，然后，计算与倾斜面不垂直的相邻面的偏移距离并偏移后形成两个体积，随后，延展倾斜平面并与所形成的体积相交，删除沿倾斜平面法向量一侧的体积，形成新的倾斜平面以及制造特征体，此时多体积特征转换为单体积凸起特征进行处理获取对应的制造特征体最后，输出生成的三个制造特征体。

本发明涉及机加工零件的三维工序间模型创建，主要是解决斜面上凸起特征映射相应制造特征体的问题，而提出一种能够基于几何推理方法将斜面上凸起特征映射相应制造特征体的映射方法。

斜面上的凸起特征定义为：在一倾斜平面内有封闭内环，且该内环都是由非凸边组成，并且在倾斜平面上具有凸起特征，该凸起特征称为斜面上的凸起特征，该倾斜平面被称为凸起特征的支撑面。

三维工序间模型是指用集成化三维模型直观的显示工艺要求及工序过程结果；制造特征体是指加工过程中为形成某加工特征而去除的材料体积。

几何推理方法是指利用几何特征之间的拓扑关系及其属性按照一定规则进行推理的方法；斜面上的凸起特征具有以下几何属性：

1)凸起特征定位于倾斜平面上；

2)支撑面与凸起特征的相交边为非凸边；

3)凸起特征上定存在与支撑面的距离最大的点。

根据加工倾斜平面所去除的材料体积是否能够包含凸起特征的体积，将该特征分为单体积凸起特征以及多体积凸起特征；单体积凸起特征对应一个制造特征体，多体积凸起特征对应多个制造特征体。

附图说明

图1是本发明斜面上凸起特征及其制造特征体的示意图。

图2是本发明斜面上的凸起特征映射相应制造特征体的流程图。

图3是本发明含有一组平行相邻面的多体积凸起特征映射相应制造特征体的示意图。

图4是本发明含有两组平行相邻面的多体积凸起特征映射相应制造特征体的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-4和实施例对本发明作进一步的详细说明：本实施例在以本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操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示为斜面上的凸起特征以及映射的三个制造特征体如(a)、(b)、(c)所示。

如图2所示为映射斜面上的凸起特征的映射方法流程，该方法首先获取该特征上的面组及其相邻面；然后，判断该特征的类型，并分别对应于单体积凸起特征映射方法或者是多体积凸起特征映射方法；最后，映射所有的制造特征体。具体的技术路线如下：

实施例1

如图3所示，该斜面上的凸起特征映射相应的制造特征体需要按照如下四个步骤进行实施：

步骤1，识别该斜面上凸起特征的组成面组及其相邻面：

所述特征的组成面组是指为加工该特征所去除材料后形成的特征表面，倾斜面上凸起特征的面组包括倾斜平面以及凸起特征的组成平面。该特征的相邻面是指与倾斜平面相邻接的平面。

具体识别该特征面组的过程为：交互式选取倾斜平面为搜索种子面，根据该组成面之间的拓扑关系以及组成边的属性关系(如：边分为：凹边、凸边以及相切边)，运用几何推理的方法识别该特征的所有组成面并保存于一个列表中，随后根据倾斜平面识别该特征的相邻平面并保存于另一个列表中，并记录与倾斜平面不相互垂直的相邻面记为F1和F2以及对应的法向量和，如图3(b)所示。

步骤2，判断该斜面上凸起特征的类型：

斜面上的凸起特征分为：单体积凸起特征以及多体积凸起特征。单体凸起特征是指加工倾斜面所去除的材料体积大于斜面上的凸起特征的体积的类型，为单工序加工生成的特征，则相应的有单个制造特征体；多体积凸起特征是指加工倾斜面所去除的材料体积小于斜面上的凸起特征的体积的类型，为多工序加工生成的特征，则相应的有多个制造特征体。

具体的判断过程为：获取凸起特征上所有点集，延展相邻平面，并沿相邻面法向量的逆向投影于各延展面，若延展的相邻面上有投影点，则说明该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，否则为单体积凸起特征。由图3(c)所示，通过将凸起特征上的点集投影于延展面上，以边界点P1、P2、P3、P4为例，P1和P2点在F1平面沿法向量N1的逆向投影于延展面F1上，有投影点P5和P6，P3和P4点在F2平面沿法向量N2的逆向投影于延展面F2上，有投影点P7和P8，，所以，可以确定该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，并记录凸起特征上的点P1和P2到延展面F1上的投影距离最大值H1以及P3和P4到延展面F2上的投影距离最大值H2。

步骤3，转换为单体积凸起特征：

转换的具体过程为：首先将不垂直于倾斜面的相邻面沿该面的法向量偏移至最大距离处形成两处体积，随后倾斜平面延展形成的平面F3与所形成的体积相交，并删除沿倾斜平面法向量一侧的体积，形成新的倾斜平面F4以及制造特征体V1和V2，此时斜面上的凸起特征转化为单体积凸起特征，如图3(d)和(e)所示。

步骤4，创建制造特征体：

具体实施过程为：获取新的倾斜平面的相邻面，并延展获取的相邻面相交于空间中，并结合转化的单体积凸起特征的面组，所围成的体积就是所求的制造特征体V3。输出该过程中所获取的制造特征体V1、V2和V3，如图3(f)所示。

实施例2

如图4所示，该斜面上的凸起特征含有两组平行相邻平面，映射相应的制造特征体需要按照如下四个步骤进行实施：

步骤1，识别该斜面上凸起特征的组成面组及其相邻面并创建虚拟平面：

具体识别该特征面组的过程为：获取该特征的面组及其相邻面，获取与倾斜平面不垂直的两相邻面并计算与倾斜平面之间的夹角ψ1和ψ2，确定其中的较大夹角为ψ1相邻面F2的法向量记为，然后确定最小夹角ψ2对应相邻面与倾斜平面的相交边E1，并通过该相交边E1作虚拟平面F1并与其它相邻平面垂直，如图4(b)所示。

步骤2，判断该斜面上凸起特征的类型：

具体的判断过程为：获取凸起特征上所有点集，以边界点P1、P2为例，延展与倾斜平面不垂直的相邻平面F2，并沿相邻面法向量的逆向投影于延展面F2以及沿虚拟平面法向量的逆向投影到虚拟平面F1上，若延展的相邻面F2及虚拟平面F1上有投影点，则说明该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，否则为单体积凸起特征。由图3(c)所示，通过将凸起特征上的点集投影于延展面上，在延展面F2及虚拟平面F1上各有投影点P3及P4，可以确定该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，并记录凸起特征上的点到延展面F2的距离为H1到虚拟平面上的距离为H2。

步骤3，转换为单体积凸起特征：

转换的具体过程为：偏移与倾斜面夹角较大的相邻面F2沿该面法向量至H1处以及偏移虚拟平面F1沿该面法向量方向至H2处形成新的虚拟平面F3，然后延展倾斜平面并与偏移后的体积及虚拟平面相交，删除倾斜面法相量方向一侧的体积，获得制造特征体V1，获取与偏移后的虚拟平面F3的相交边E2，如图4(e)所示；偏移与倾斜面夹角较小的相邻面至E2处，获取偏移后的制造特征体V2，如图4(f)所示，形成新的倾斜平面F4，将原多体积凸起特征转化为单体积凸起特征。

步骤4，创建制造特征体：

具体实施过程为：获取新的倾斜平面的相邻面，并延展获取的相邻面相交于空间中，并结合转化的单体积凸起特征的面组，所围成的体积V3就是该单体积凸起特征对应的制造特征体，输出该过程中所获取的制造特征体V1、V2和V3，如图4(h)所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。对于任何熟悉本技术领域的相关人员来说，在不脱离本发明技术实质的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种将斜面上凸起特征映射相应制造特征体的映射方法，其特征在于、具体步骤如下：

步骤1，基于交互式方式获取斜面上凸起特征的面组及其相邻面；

步骤2，判断斜面上的凸起特征类型是单体积凸起特征还是多体积凸起特征，如果为多体积凸起特征，则将多体积凸起特征转化为单体积凸起特征，并形成新的倾斜平面以及制造特征体；

步骤3，根据单体积凸起特征的映射算法，映射相应的制造特征体；

步骤4，输出步骤2和步骤3获取的制造特征体。

2.根据权利要求1所述的映射方法，其特征在于：所述的单体积凸起特征与多体积凸起特征的判断方法如下：

1）根据倾斜面相邻面的拓扑关系，将该特征分为两种类型进行分析：含有两组平行相邻面以及含有一组平行相邻面；

2）针对含有一组平行相邻面的处理方法：首先，获取凸起特征上的所有点，以及与倾斜面不垂直的两相邻面及其法向量，两相邻面作为投影面，然后沿各平面法向量的逆向方向将获取的点投影于延展的两相邻面，最后，若投影面内有投影点，则说明该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，否则为单体积凸起特征；

3）针对含有两组平行相邻面的处理方法：首先，获取凸起特征上的所有点集，以及与倾斜面夹角最大的相邻面及其法向量，然后，计算与倾斜面夹角最小的相邻面及其相交边，通过相交边作一个虚拟平面并垂直于相邻面，获取该虚拟平面的法向量，随后，将获取的所有点投影于延展的相邻面及其虚拟平面，并沿各平面法向量的逆向方向，最后，若投影面内有投影点，则说明该斜面上的凸起特征为多体积凸起特征，否则为单体积凸起特征。

3.根据权利要求1所述的单体积映射方法，其特征在于：

步骤3的具体方法如下：

步骤1，获取倾斜平面的相邻面，若只存在一对相互平行的相邻面，则延展各相邻面并在空间中相交，并结合倾斜平面所形成的最小体积就是该特征所对应的制造特征体；

步骤2，获取倾斜平面的相邻面，若存在两对相互平行的相邻面，获取与倾斜平面夹角较小的相邻面及其相交边，通过相交边作以虚拟平面并垂直于相邻平面，然后延展其余相邻面并相交于空间中，随后结合获取的特征面组所形成的体积就是该特征所对应的制造特征体。

4.根据权利要求1所述的映射方法，其特征在于：所述多体积凸起特征转化为单体积凸起特征的方法为：

步骤1，获取倾斜平面的相邻面，若存在一对相互平行的相邻面，首先，计算凸起特征上的点到各投影面的最大距离，然后，沿各投影面的法向量偏移至最大距离处形成两个体积，随后，延展倾斜平面并与所形成的体积相交，删除沿倾斜平面法向量一侧的体积，形成新的倾斜平面以及制造特征体，此时多体积特征转换为单体积凸起特征；

步骤2，获取倾斜平面的相邻面，若存在两对相互平行的相邻面，首先，获取与倾斜平面夹角最小的相邻面及相交边，过相交边作一虚拟平面并与该相邻面垂直，另一相邻面与虚拟平面作为投影面，沿投影面法向量的逆向并计算凸起特征上的点到投影面的最大投影距离，然后，计算与倾斜面不垂直的相邻面的偏移距离并偏移后形成两个体积，随后，延展倾斜平面并与所形成的体积相交，删除沿倾斜平面法向量一侧的体积，形成新的倾斜平面以及制造特征体，此时多体积特征转换为单体积凸起特。