CN104281098A - 一种复杂曲面动态加工特征建模方法 - Google Patents

Abstract

一种复杂曲面动态加工特征建模方法，属于CAD/CAM技术领域。该建模方法首先根据所选加工方案，定义曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征，然后结合不同加工阶段所选用的加工设备、切削参数及加工优化目标，对各中间状态特征进行曲面加工区域划分，生成曲面加工子特征。该方法以FunctionBlock为曲面动态加工特征的信息载体，当制造资源发生变化时，利用FunctionBlock的事件触发-响应机制，自动调用FunctionBlock内部定义好的曲面特征建模方法，对曲面加工的中间状态特征及其包含的曲面加工子特征进行实时更新。该建模方法能够根据制造资源的变化而动态更新曲面加工特征，是实现复杂曲面自适应优化加工的核心关键技术。

Description

一种复杂曲面动态加工特征建模方法

技术领域

本发明涉及一种CAD/CAM技术，尤其是一种复杂曲面加工的CAD/CAM技术，具体地说是一种复杂曲面动态加工特征建模方法。

背景技术

随着气动性能需求的不断提高，自由曲面零件大量出现在航空航天、汽车、船舶等产品中，并且曲面的复杂程度不断增加，给制造带了很大的挑战。当前自由曲面数控加工编程主要采用商品化CAM软件，以人工经验为主，因此编程的周期长，稳定性及规范性差，常引起加工精度及表面质量问题。并且当前曲面加工轨迹生成方法的研究通常将整个曲面作为一个加工区域，而对于复杂曲面，曲面优化加工策略通常呈现区域化分布规律，因此需要对曲面进行加工区域划分以得到优化的加工结果。再者，随着制造业的区域化、全球化发展，制造资源环境不断变化，因此在进行决策或加工时，所选取的制造资源如机床、刀具的状态在不断变化，传统的编程方式无法应对这种变化，通常仅考虑进给、转速等切削参数的调整而不改变刀轨，因此往往无法得到优化的加工结果。

本发明公开了一种复杂曲面动态加工特征建模方法。该建模方法首先根据所选加工方案，定义曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征，如粗加工特征、半精加工特征及精加工特征；并根据各加工阶段所对应的加工设备、切削参数及优化目标，对个中间状态特征进行曲面加工区域划分，得到曲面加工子特征，不同的曲面加工子特征中对应着不同的加工策略。曲面动态加工特征以Function Block为信息载体，当制造资源发生变化时，利用Function Block的事件触发-响应机制，自动调用Function Block内部定义好的曲面特征建模方法，对曲面加工的中间状态特征及其包含的曲面加工子特征进行实时更新。

发明内容

本发明的目的是针对目前复杂曲面编程依赖人工且无法满足动态制造资源环境下的曲面自适应加工等问题，发明一种复杂曲面动态加工特征建模方法，以适应加工曲面编程复杂化和快速化的需求。

本发明的技术方案是：

一种复杂曲面动态加工特征建模方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，定义复杂曲面动态加工特征二级数据结构；复杂曲面动态加工特征包含加工中间状态特征级和曲面加工子特征级，曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_i，定义：

$S=\underset{i}{\overset{n}{\∪}}{I}_i$

式中S表示：

I_i中包含的几何信息有为该阶段加工前曲面零件的几何状态I_{R_i}及该加工阶段应得到的理论曲面模型I_{T_i}，I_i中包含的加工信息MI_i有该加工阶段所选用的机床刀具切削参数CP_i以及用户设定的加工优化目标OO_i，因此一个曲面加工中间状态特征可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_i=I_{R\_i}\∪I_{T\_i}\∪{\mathrm{MI}}_i\\ {\mathrm{MI}}_i=\left(\underset{l=1}{\overset{s}{\∪}}{\mathrm{MT}}_l\right)\∪\left(\underset{k=1}{\overset{t}{\∪}}{\mathrm{CT}}_k\right)\∪{\mathrm{CP}}_i\∪{\mathrm{OO}}_i\end{array}\right.$

对于每个曲面加工中间状态特征，为达到用户设定的加工优化目标，结合其选用的机床、刀具及切削参数，需要将其划分为多个加工区域，每个区域称之为曲面加工子特征，每个曲面加工子特征sf_j包含该区域的边界信息B_j和该区域内对应的加工策略M_j，即

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{SF}}_i=\underset{j=1}{\overset{d}{\∪}}{\mathrm{sf}}_j\\ {\mathrm{sf}}_j=B_j\∪M_j\end{array}\right.$

在生成曲面加工轨迹时，将每一个曲面加工子特征作为一个独立的加工区域，并根据该特征对应的加工信息生成其加工轨迹，实现针对曲面不同加工阶段的分区加工；曲面动态加工特征DMF可表示为：

$\mathrm{DMF}=\underset{i}{\overset{n}{\∪}}(I_i\∪{\mathrm{SF}}_i);$

其次，分别对曲面加工中间状态特征和曲面加工子特征进行建模；

第三，构建曲面动态加工特征Function Block：DMF-FB作为曲面加工特征的信息载体，以实现动态制造资源环境下的曲面加工特征自适应调整，DMF-FB的定义，其中EI_INI、EO_INI分别表示初始化事件的输入与输出；EI_ITR、EO_ITR分别表示初始条件下曲面动态加工特征建模事件的输入与输出；EI_UPD、EO_UPD分别表示曲面动态加工特征更新事件的输入与输出；EI_OUT、EO_OUT分别表示加工轨迹输出事件的输入与输出；S表示曲面几何模型数据输入，MP表示曲面加工工艺方案数据输入，OP表示发生制造资源变化的加工阶段，MAC_ID、CUT_ID、CP及OO分别表示变化后的OP对应的机床、刀具、切削参数及优化目标数据输入；DMF表示曲面动态加工特征数据输出，ToolPaths表示刀具轨迹数据输出；ALG_INI表示初始化算法，即当有事件EI_INI输入时，DMF-FB自动调用ALG_INI算法，首先将DMF-FB中包含的所有参数恢复初始状态，并清空所有中间数据，然后将数据S和MP输入到DMF-FB内部数据中，当该初始化算法执行完毕时，返回EO_INI；EO_INI可作为EI_ITR触发ALG_ITR，即初始条件下的曲面动态加工特征建模算法，生成曲面加工所包含的加工中间状态特征信息及其加工子特征信息，并计算曲面加工的轨迹，这些特征信息和加工轨迹信息将保存在DMF-FB的内部数据中，当该算法执行完毕时，输出EO_ITR；当有制造资源变更时，输入事件EI_UPD，自动调用ALG_UPD算法，该算法根据发生资源变化的加工阶段信息OP及变化后的机床、刀具、切削参数及优化目标信息，对该加工阶段的I_{T_i}重新进行划分并计算各分区的加工轨迹，计算完成后替换OP对应的原始特征信息及刀轨信息，重新生成I_{R_i+1}，判断是否需要对后续加工阶段的特征信息进行更新，若需要，则根据新的I_{R_i+1}对I_{T_i+1}进行区域划分，并重新生成加工轨迹，该步骤一直循环到最后一个加工阶段才算完成曲面动态加工特征的更新，当ALG_UPD执行完毕后返回EO_UPD。EI_OUT触发ALG_OUT，输出DMF-FB中包含的特征信息DMF与刀轨信息Toolpaths。

所述的曲面加工方案中包含粗加工、半精加工和精加工三个阶段，则该曲面包含粗加工特征、半精加工特征和精加工特征三个加工中间状态特征。

所述的曲面加工中间状态特征建模方法为：

①将曲面加工方案中包含的加工阶段记作n为加工阶段的总数；每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_i，表示各加工阶段对应的法向残留高度，对于加工阶段OP_i，其对应I_i包含的I_{T_i}可通过将曲面设计模型S上所有点沿其方向偏置A_i得到；由于曲面边界曲率的凹凸性，需要对直接偏置得到的曲面进行处理，确保I_{T_i}刚好覆盖整个曲面范围，若偏置后的曲面S’落在曲面范围内部，首先对S’进行扩展，得到曲面S”，此时提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S”相交，提取S”中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；若S’超出曲面范围，则直接提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S’相交，提取S’中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；若偏置后得到的曲面S’同时出现以上两种情况，一部分偏置曲面落在曲面范围内部，另一部分落在曲面范围外部，此时需要将整张偏置曲面进行扩展，得到曲面S”，此时提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S”相交，提取S”中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；

②对于粗加工而言，I_{R_i}为毛坯，对于半精加工和精加工，I_{R_i}的获取需要结合上一个加工阶段的加工轨迹，对于OP_i，首先根据OP_i-1的加工轨迹计算切除体V_i-1，通过布尔运算从I_{R_i-1}中减去V_i-1得到I_{R_i}，半精加工I_{R_SF}为I_{R_R}减去粗加工切除体V_R；由于I_{R_i}难以直接存储，因此通过采集离散点法向残留高度的方法对I_{R_i}进行存储；表示对曲面设计模型进行离散得到的三维点列表，过P_x沿其在曲面上的法向做一个长度为l(l>10mm)的向量，求出该向量与I_{R_i}的交点IP_x，计算IP_x到P_x的距离得到P_x在I_{R_i}中的法向残留高度h_x，因此I_{R_i}便可被表示为

③MI_i中对应的信息直接从曲面加工方案中提取。

所述的曲面加工子特征建模方法：

对于I_i，曲面加工子特征建模是将I_{T_i}进行加工区域划分，每一个加工区域对应的边界信息及其加工信息定义为一个曲面加工子特征sf_i-j；曲面加工区域有多种划分方法，如何根据曲面高斯曲率可将曲面划分为凹区域、凸区域及马鞍区域，不同区域可选用不同的刀具类型及尺寸以获得加工效率最大化，凸区域采用大尺寸平底刀加工、凹区域采用小尺寸球头刀加工等；再如可根据I_{R_i}进行区域划分，对于h_x较大的区域，则采用多层切削的方法，而对于h_x较小的区域则采用单层切削方式，这些分区方法存储在分区策略库T中；曲面加工区域划分方法的选择需要结合事先定义好的分区方法选取规则，通过自动读取M_Ii中包含的CP_i以及OO_i，从T中选取需要的分区方法，带入分区所需的几何及加工信息，生成曲面内部边界并获取各分区对应的加工策略。

本发明的有益效果是：

(1)定义了中间状态特征，使当前加工阶段的工艺决策及轨迹生成能够参照上一阶段加工完的实际几何状态，相对于传统的编程方式仅以曲面的设计模型为依据，基于中间状态特征能够有效避免加工过程中由于材料残留引起的刀具干涉、满刀切削等不稳定切削现象；

(2)支持复杂曲面分区加工，该复杂曲面动态加工特征建模方法突破了传统曲面加工模式中讲任意曲面看做一个加工区域的局限性，支持不同加工阶段下，各种机床、刀具、参数及优化目标配置下的曲面优化分区加工，是实现复杂曲面优化加工的重要技术手段；

(3)基于Function Block的事件触发-响应机制，能够实现在动态复杂的制造资源环境下根据资源的变化情况来自适应调整曲面加工特征信息，保证了曲面动态加工特征的柔性及最终加工结果的优化性。

附图说明

图1为本发明的复杂曲面动态加工特征建模方法流程图。

图2为本发明的复杂曲面动态加工特征二级数据结构，第一级数据为曲面加工中间状态特征I_i，第二级数据为隶属于各曲面加工中间状态特征I_i的子特征SF_i。

图3为某曲面的加工中间状态特征示意图，该曲面的加工阶段包括粗加工、半精加工和精加工，其中A_R,A_SF分别表示粗加工和半精加工的法向余量，I_{R_R}、I_{R_SF}及I_{R_F}分别表示粗加工、半精加工和精加工前曲面零件的几何状态，其中I_{R_R}于零件毛坯相同，I_{T_R}、I_{T_SF}及I_{T_F}分别表示粗加工、半精加工及精加工应得到的理论曲面模型，其中I_{T_F}与曲面设计模型重合。

图4为某曲面精加工阶段的子特征示意图，该曲面精加工阶段采用球头刀铣削方式，在各个刀触点处尽量使进给方向为切削宽度最大方向，因此刀轨在曲面上的分布呈图中所示的区域化分布规律，该曲面精加工阶段共包含5个子特征，分别为{sf_{F_1},sf_{F_2},sf_{F_3},sf_{F_4},sf_{F_5}}。

图5为当偏置曲面S’落在曲面范围内部时的I_{T_i}构造方法，其中S为曲面设计模型，S”表示对S’进行扩展之后得到的曲面，EB为提取S所有边界沿Z向进行拉伸得到的边界面集合，BI表示S”中落在EB范围内的曲面部分。

图6为当偏置曲面S’落在曲面范围外部时的I_{T_i}构造方法，其中S为曲面设计模型，EB为提取S所有边界沿Z向进行拉伸得到的边界面集合，BI表示S”中落在EB范围内的曲面部分。

图7为I_{R_i}构造示意图，图中精加工I_{R_SF}通过粗加工I_{R_R}(I_{R_R}与零件毛坯ST重合)与粗加工切削体V_R做布尔减运算得到。

图8为曲面动态加工特征Function Block(DMF-FB),其中EI_ITR、EO_ITR分别表示初始条件下曲面动态加工特征建模事件的输入与输出；EI_UPD、EO_UPD分别表示曲面动态加工特征更新事件的输入与输出；EI_OUT、EO_OUT分别表示加工轨迹输出事件的输入与输出。S表示曲面几何模型数据输入，MP表示曲面加工工艺方案数据输入，OP表示发生制造资源变化的加工阶段，MAC_ID、CUT_ID、CP及OO分别表示变化后的OP对应的机床、刀具、切削参数及优化目标数据输入。DMF表示曲面动态加工特征数据输出，ToolPaths表示刀具轨迹数据输出。内部算法包括初始化算法ALG_INI，初始条件下的动态加工特征构造算法ALG_INT，动态特征自适应更新算法ALG_UPD以及特征、刀轨信息输出算法ALG_OUT。内部数据及变量中存储了曲面设计模型S，所有生成的中间状态特征I_i、加工子特征SF_i及加工轨迹。

图9为曲面动态加工特征Function Block(DMF-FB)的事件驱动控制流程关系示意图，当输入初始化事件EI_INI时，触发ALG_INI算法，待ALG_INI执行完毕后输出事件EO_INI；当输入初始条件下的动态加工特征建模事件EI_ITR时，触发ALG_ITR算法，待ALG_ITR执行完毕后输出事件EO_ITR；当输入曲面动态加工特征更新事件EI_UPD时，触发动态加工特征自适应更新ALG_UPD算法，待ALG_UPD执行完毕后输出事件EO_UPD；当输入特征及刀轨信息输出事件EI_OUT时，触发ALG_OUT算法，待ALG_OUT执行完毕后输出事件EO_OUT。

具体实施方式

下面是结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

1.定义复杂曲面动态加工特征二级数据结构。复杂曲面动态加工特征包含加工中间状态特征级和曲面加工子特征级，如图2所示。定义曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_i，例如曲面加工方案中包含粗加工、半精加工和精加工三个阶段，则该曲面包含粗加工特征、半精加工特征和精加工特征三个加工中间状态特征，因此

$S=\underset{i}{\overset{n}{\∪}}{I}_i$

I_i中包含的几何信息有为该阶段加工前曲面零件的几何状态I_{R_i}及该加工阶段应得到的理论曲面模型I_{Y_i}，如图3所示。I_i中包含的加工信息MI_i有该加工阶段所选用的机床刀具切削参数CP_i以及用户设定的加工优化目标OO_i，因此一个曲面加工中间状态特征可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_i=I_{R\_i}\∪I_{T\_i}\∪{\mathrm{MI}}_i\\ {\mathrm{MI}}_i=\left(\underset{l=1}{\overset{s}{\∪}}{\mathrm{MT}}_l\right)\∪\left(\underset{k=1}{\overset{t}{\∪}}{\mathrm{CT}}_k\right)\∪{\mathrm{CP}}_i\∪{\mathrm{OO}}_i\end{array}\right.$

对于每个曲面加工中间状态特征，为达到用户设定的加工优化目标，结合其选用的机床、刀具及切削参数，或许需要将其划分为多个加工区域，如图4所示，每个区域称之为曲面加工子特征，每个曲面加工子特征sf_j包含该区域的边界信息B_j和该区域内对应的加工策略M_j，即

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{SF}}_i=\underset{j=1}{\overset{d}{\∪}}{\mathrm{sf}}_j\\ {\mathrm{sf}}_j=B_j\∪M_j\end{array}\right.$

在生成曲面加工轨迹时，将每一个曲面加工子特征作为一个独立的加工区域，并根据该特征对应的加工信息生成其加工轨迹，实现针对曲面不同加工阶段的分区加工。综上所述，曲面动态加工特征DMF可表示为

$\mathrm{DMF}=\underset{i}{\overset{n}{\∪}}(I_i\∪{\mathrm{SF}}_i)$

2.复杂曲面动态加工特征建模方法。该方法包含曲面加工中间状态特征建模方法和曲面加工子特征建模方法。

步骤1曲面加工中间状态特征构建方法：

①曲面加工方案中包含的加工阶段记作n为加工阶段的总数。每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_i，表示各加工阶段对应的法向残留高度，对于加工阶段OP_i，其对应I_i包含的I_{T_i}可通过将曲面设计模型S上所有点沿其方向偏置A_i得到。由于曲面边界曲率的凹凸性，通常需要对直接偏置得到的曲面进行处理，确保I_{T_i}刚好覆盖整个曲面范围。若偏置后的曲面S’落在曲面范围内部，如图5所示，首先对S’进行扩展，得到曲面S”，此时提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S”相交，提取S”中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；若S’超出曲面范围，如图6所示，则直接提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S’相交，提取S’中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；若偏置后得到的曲面S’同时出现以上两种情况，若偏置后得到的曲面S’同时出现以上两种情况，一部分偏置曲面落在曲面范围内部，另一部分落在曲面范围外部，此时需要将整张偏置曲面进行扩展，得到曲面S”，此时提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S”相交，提取S”中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}，如图5所示。

②对于粗加工而言，I_{R_i}为毛坯，对于半精加工和精加工，I_{R_i}的获取需要结合上一个加工阶段的加工轨迹，对于OP_i，首先根据OP_i-1的加工轨迹计算切除体V_i-1，通过布尔运算从I_{R_i-1}中减去V_i-1得到I_{R_i}，如图7所示，半精加工I_{R_SF}为I_{R_R}减去粗加工切除体V_R。由于I_{R_i}难以直接存储，因此本方法通过采集离散点法向残留高度的方法对I_{R_i}进行存储。表示对曲面设计模型进行离散得到的三维点列表，过P_x沿其在曲面上的法向做一个长度为l(l>10mm)的向量，求出改向量与I_{R_i}的交点IP_x，计算IP_x到P_x的距离得到P_x在I_{R_i}中的法向残留高度h_x，因此I_{R_i}便可被表示为

③MI_i中对应的信息直接从曲面加工方案中提取。

步骤2曲面加工子特征建模方法：

对于I_i，曲面加工子特征建模是将I_{T_i}进行加工区域划分，每一个加工区域对应的边界信息及其加工信息定义为一个曲面加工子特征sf_i-J。曲面加工区域有多种划分方法，如何根据曲面高斯曲率可将曲面划分为凹区域、凸区域及马鞍区域，不同区域可选用不同的刀具类型及尺寸以获得加工效率最大化，如凸区域采用大尺寸平底刀加工、凹区域采用小尺寸球头刀加工等；再如可根据I_{R_i}进行区域划分，对于h_x较大的区域，则采用多层切削的方法，而对于h_x较小的区域则采用单层切削方式等，这些分区方法存储在分区策略库T中。曲面加工区域划分方法的选择需要结合事先定义好的分区方法选取规则，通过自动读取MI_i中包含的CP_i以及OO_i，从T中选取需要的分区方法，带入分区所需的几何及加工信息，生成曲面内部边界并获取各分区对应的加工策略。

3.构建曲面动态加工特征Function Block：DMF-FB作为曲面加工特征的信息载体，以实现动态制造资源环境下的曲面加工特征自适应调整，DMF-FB的定义如图8所示，其中EI_INI、EO_INI分别表示初始化事件的输入与输出；EI_ITR、EO_ITR分别表示初始条件下曲面动态加工特征建模事件的输入与输出；EI_UPD、EO_UPD分别表示曲面动态加工特征更新事件的输入与输出；EI_OUT、EO_OUT分别表示加工轨迹输出事件的输入与输出。S表示曲面几何模型数据输入，MP表示曲面加工工艺方案数据输入，OP表示发生制造资源变化的加工阶段，MAC_ID、CUT_ID、CP及OO分别表示变化后的OP对应的机床、刀具、切削参数及优化目标数据输入。DMF表示曲面动态加工特征数据输出，ToolPaths表示刀具轨迹数据输出。该DMF-FB的事件驱动控制关系如图9所示，ALG_INI表示初始化算法，即当有事件EI_INI输入时，DMF-FB自动调用ALG_INI算法，首先将DMF-FB中包含的所有参数恢复初始状态，并清空所有中间数据，然后将数据S和MP输入到DMF-FB内部数据中，当该初始化算法执行完毕时，返回EO_INI。EO_INI可作为EI_ITR触发ALG_ITR，即初始条件下的曲面动态加工特征建模算法，该算法参照发明内容2中的实施步骤生成曲面加工所包含的加工中间状态特征信息及其加工子特征信息，并计算曲面加工的轨迹，这些特征信息和加工轨迹信息将保存在DMF-FB的内部数据中，当该算法执行完毕时，输出EO_ITR。当有制造资源变更时，输入事件EI_UPD，自动调用ALG_UPD算法，该算法根据发生资源变化的加工阶段信息OP及变化后的机床、刀具、切削参数及优化目标信息，对该加工阶段的I_{T_i}重新进行划分并计算各分区的加工轨迹，计算完成后替换OP对应的原始特征信息及刀轨信息，并重新生成I_{R_i+1}，判断是否需要对后续加工阶段的特征信息进行更新，若需要，则根据新的I_{R_i+1}对I_{T_i+1}进行区域划分，并重新生成加工轨迹，该步骤一直循环到最后一个加工阶段才算完成曲面动态加工特征的更新，当ALG_UPD执行完毕后返回EO_UPD。EI_OUT触发ALG_OUT，输出DMF-FB中包含的特征信息DMF与刀轨信息Toolpaths。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (4)

1.一种复杂曲面动态加工特征建模方法，其特征是它包括以下步骤：

首先，定义复杂曲面动态加工特征二级数据结构；复杂曲面动态加工特征包含加工中间状态特征级和曲面加工子特征级，曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_i，定义：

$S=\underset{i}{\overset{n}{\∪}}{I}_i$

式中S表示：

I_i中包含的几何信息有为该阶段加工前曲面零件的几何状态I_{R_i}及该加工阶段应得到的理论曲面模型I_{T_i}，I_i中包含的加工信息MI_i有该加工阶段所选用的机床刀具切削参数CP_i以及用户设定的加工优化目标OO_i，因此一个曲面加工中间状态特征可表示为：

$\left\{\begin{array}{c}{I}_i=I_{R\_i}\∪I_{T\_i}\∪I_i\\ {\mathrm{MI}}_i=\left(\underset{l=1}{\overset{x}{\∪}}{\mathrm{MT}}_l\right)\∪\left(\underset{k=1}{\overset{t}{\∪}}{\mathrm{CT}}_k\right)\∪{\mathrm{CP}}_i\∪{\mathrm{OO}}_i\end{array}\right.$

对于每个曲面加工中间状态特征，为达到用户设定的加工优化目标，结合其选用的机床、刀具及切削参数，需要将其划分为多个加工区域，每个区域称之为曲面加工子特征，每个曲面加工子特征sf_j包含该区域的边界信息B_j和该区域内对应的加工策略M_j，即

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{SF}}_i=\underset{j=1}{\overset{d}{\∪}}{\mathrm{sf}}_j\\ {\mathrm{sf}}_j=B_j\∪M_j\end{array}\right.$

在生成曲面加工轨迹时，将每一个曲面加工子特征作为一个独立的加工区域，并根据该特征对应的加工信息生成其加工轨迹，实现针对曲面不同加工阶段的分区加工；曲面动态加工特征DMF可表示为：

$\mathrm{DMF}=\underset{i}{\overset{n}{\∪}}(I_i\∪{\mathrm{SF}}_i);$

其次，分别对曲面加工中间状态特征和曲面加工子特征进行建模；

第三，构建曲面动态加工特征Function Block：DMF-FB作为曲面加工特征的信息载体，以实现动态制造资源环境下的曲面加工特征自适应调整，DMF-FB的定义，其中EI_INI、EO_INI分别表示初始化事件的输入与输出；EI_ITR、EO_ITR分别表示初始条件下曲面动态加工特征建模事件的输入与输出；EI_UPD、EO_UPD分别表示曲面动态加工特征更新事件的输入与输出；EI_OUT、EO_OUT分别表示加工轨迹输出事件的输入与输出；S表示曲面几何模型数据输入，MP表示曲面加工工艺方案数据输入，OP表示发生制造资源变化的加工阶段，MAC_ID、CUT_ID、CP及OO分别表示变化后的OP对应的机床、刀具、切削参数及优化目标数据输入；DMF表示曲面动态加工特征数据输出，ToolPaths表示刀具轨迹数据输出；ALG_INI表示初始化算法，即当有事件EI_INI输入时，DMF-FB自动调用ALG_INI算法，首先将DMF-FB中包含的所有参数恢复初始状态，并清空所有中间数据，然后将数据S和MP输入到DMF-FB内部数据中，当该初始化算法执行完毕时，返回EO_INI；EO_INI可作为EI_ITR触发ALG_ITR，即初始条件下的曲面动态加工特征建模算法，生成曲面加工所包含的加工中间状态特征信息及其加工子特征信息，并计算曲面加工的轨迹，这些特征信息和加工轨迹信息将保存在DMF-FB的内部数据中，当该算法执行完毕时，输出EO_ITR；当有制造资源变更时，输入事件EI_UPD，自动调用ALG_UPD算法，该算法根据发生资源变化的加工阶段信息OP及变化后的机床、刀具、切削参数及优化目标信息，对该加工阶段的I_{T_i}重新进行划分并计算各分区的加工轨迹，计算完成后替换OP对应的原始特征信息及刀轨信息，重新生成I_{R_i+1}，判断是否需要对后续加工阶段的特征信息进行更新，若需要，则根据新的I_{R_i+1}对I_{T_i+1}进行区域划分，并重新生成加工轨迹，该步骤一直循环到最后一个加工阶段才算完成曲面动态加工特征的更新，当ALG_UPD执行完毕后返回EO_UPD。EI_OUT触发ALG_OUT，输出DMF-FB中包含的特征信息DMF与刀轨信息Toolpaths。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的曲面加工方案中包含粗加工、半精加工和精加工三个阶段，则该曲面包含粗加工特征、半精加工特征和精加工特征三个加工中间状态特征。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的曲面加工中间状态特征建模方法为：

①将曲面加工方案中包含的加工阶段记作n为加工阶段的总数；每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_u，表示各加工阶段对应的法向残留高度，对于加工阶段OP_i，其对应I_i包含的I_{T_i}可通过将曲面设计模型S上所有点沿其方向偏置A_i得到；由于曲面边界曲率的凹凸性，需要对直接偏置得到的曲面进行处理，确保I_{T_i}刚好覆盖整个曲面范围，若偏置后的曲面S’落在曲面范围内部，首先对S’进行扩展，得到曲面S”，此时提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S”相交，提取S”中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；若S’超出曲面范围，，则直接提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S’相交，提取S’中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；，若偏置后得到的曲面S’同时出现以上两种情况，一部分偏置曲面落在曲面范围内部，另一部分落在曲面范围外部，此时需要将整张偏置曲面进行扩展，得到曲面S”，此时提取S的所有边界，对其沿Z向进行拉伸并与S”相交，提取S”中落在EB范围内的曲面部分BI，记作I_{T_i}；

②对于粗加工而言，I_{R_i}为毛坯，对于半精加工和精加工，I_{R_i}的获取需要结合上一个加工阶段的加工轨迹，对于OP_i，首先根据OP_i-1的加工轨迹计算切除体V_i-1，通过布尔运算从I_{R_i-1}中减去V_i-1得到I_{R_i}，半精加工I_{R_SF}为I_{R_R}减去粗加工切除体V_R；由于I_{R_i}难以直接存储，因此通过采集离散点法向残留高度的方法对I_{R_i}进行存储；表示对曲面设计模型进行离散得到的三维点列表，过P_x沿其在曲面上的法向做一个长度为l(l>10mm)的向量，求出该向量与I_{R_i}的交点IP_x，计算IP_x到P_x的距离得到P_x在I_{R_i}中的法向残留高度h_x，因此I_{R_i}便可被表示为

③MI_i中对应的信息直接从曲面加工方案中提取。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的曲面加工子特征建模方法：

对于I_i，曲面加工子特征建模是将I_{T_i}进行加工区域划分，每一个加工区域对应的边界信息及其加工信息定义为一个曲面加工子特征sf_i-1；曲面加工区域有多种划分方法，如何根据曲面高斯曲率可将曲面划分为凹区域、凸区域及马鞍区域，不同区域可选用不同的刀具类型及尺寸以获得加工效率最大化，凸区域采用大尺寸平底刀加工、凹区域采用小尺寸球头刀加工等；再如可根据I_{R_i}进行区域划分，对于h_x较大的区域，则采用多层切削的方法，而对于h_x较小的区域则采用单层切削方式，这些分区方法存储在分区策略库T中；曲面加工区域划分方法的选择需要结合事先定义好的分区方法选取规则，通过自动读取MI_i中包含的CP_i以及OO_i，从T中选取需要的分区方法，带入分区所需的几何及加工信息，生成曲面内部边界并获取各分区对应的加工策略。