CN107357963A - 一种基于加工知识的加工特征表达方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于工艺知识的加工特征表达方法，基于零件加工过程中加工特征的动态演变过程，创建一种加工特征的向量描述机制，该向量包含八项基本元素：加工特征类型、主加工面、进给方向、面组数量、特征面类型、属性邻接矩阵、特征面拓扑关系矩阵以及尺寸信息。本发明提出的加工特征描述方法，能够实现加工特征的快速识别以及相似加工特征的快速检索，为工艺信息的积累与重用奠定基础，对推广智能化产品设计与制造的发展与应用具有重要意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工特征的表达方法，属于加工特征的快速识别和相似加工特征的检索领域。
背景技术
特征技术一直是CAD/CAM系统的研究热点，主要集中于从三维模型上识别加工特征，因为加工特征是具有一定加工工程语义的几何区域，能够基于加工特征实现零件设计-工艺-制造全过程信息的动态管理，为产品实现最终的信息化、智能化制造提供基础。零件的加工过程可以看作是各类加工特征动态演变的过程，此过程中，加工特征不仅作为工艺信息的载体，也是实现工艺知识积累和智能决策的依赖对象。
目前，基于加工特征的三维工艺设计与工艺重用吸引了大量研究者的关注。在基于加工特征三维工艺设计方面的文章有“J Liu,X Liu,Y Cheng,Z Ni.An approach tomapping machining feature to manufacturing feature volume based on geometricreasoning for process planning[J],Proceedings of the Institution ofMechanical Engineers,Part B:Journal of Engineering Manufacture,2015,doi:10.1177/0954405415585377”和“J Li,Z Chen,X Yan.Automatic generation of in-process models based on feature working step and feature cutter volume[J].TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology,2014,71(1-4): 395-409.”，其中Liu等人提出将加工特征映射为加工去除体以创建三维工艺模型的方法，为三维工艺的快速设计提供基础，但只是从特征的几何层面进行阐述识别的，且对如何实现工艺信息组织与重用方面没有阐述；Li等人提出工序间模型的自动创建方法，但是没有阐述如何基于加工特征关联工艺信息。“相似加工特征具有相似工艺”一直是工艺信息重用的基础，也吸引了大量研究者的关注，在基于加工特征进行工艺信息重用方面的文章有“RHuang,S Zhang,C Xu,X Zhang,C Zhang.A flexible and effective NC machiningprocess reuse approach for similar subparts[]].Computer-Aided Design,Computer-Aided Design,2015,62:64- 77”和专利“李迎光,刘长青.同一加工特征定义方法：中国，CN 105182903 A，2015-10-19”，Huang等人提出通过检索相似零件而实现数控程序重用的方法，利用比对加工特征而实现相似零件的检索，但是对如何实现基于加工特征工艺信息组织以及工艺决策并没有阐述；专利“同一加工特征定义方法”对同一加工特征数控编程快速实现问题进行阐述，提出刀具与加工余量之间的关系，但对如何匹配同一加工特征的过程并没有阐述，对工艺信息的组织与管理也没有说明。
综上所述，加工特征已被广泛的应用于三维工艺设计以及工艺信息重用过程中，但是针对加工特征却没有准确地表达方法，大都基于特定需求对加工特征进行定义与描述，导致加工特征表达的专一性腔，扩展性差的特点，无法适用于三维工艺设计与制造过程。针对目前研究方面的不足，亟需一种基于加工知识的加工特征的表达方法，不仅满足加工特征的快速识别进而实现三维工艺模型的快速创建，而且为工艺信息的积累与重用奠定基础。
发明内容
发明目的：针对现有研究对加工特征的定义与表达没有达到共性的问题，本发明提供一种基于工艺知识的加工特征表达方法，满足加工特征的快速识别以及工艺信息的积累与重用，为三维工艺的快速设计奠定基础。
发明内容：本发明提供一种基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，基于加工特征的动态加工过程，通过矩阵描述加工特征，该矩阵包含八项基本元素：加工特征类型Ftype、主加工面Fmain、进给方向Ffeed、面组数量Fnum、特征面类型Ff-type、面组属性邻接矩阵Madj、特征面拓扑关系矩阵Mtop以及尺寸信息Fsize，加工特征矩阵描述的表达式为：F＝{Ftype,；Fmain；Ffeed；Fnum；Ff-type；Madj；Mtop； Fsize}，其中基本元素Ftype,Fmain,Ffeed,Fnum,Ff-type,Fsize都是由向量表达，向量的元素数量Madj,Mtop由具体矩阵表达，向量和矩阵的元素数由特征面组的数量确定。
所述加工特征类型Ftype根据产品上所含有的加工特征进行编码，孔特征编码为001，槽特征编码为002、台阶特征编码为003，则槽特征的具体向量为 {xtype,0,0,0…,0}，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
所述主加工面Fmain指与刀具轴线垂直的特征平面，若加工特征存在主加工面则用数值1表示，其向量为{1,0,0,…,0}；若不存在主加工面则用数值0表示，其向量为{0,0,0,…,0}，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
所述进给方向Ffeed指加工刀具的轴线方向，若为X轴方向，则向量表示为{1,0, 0,0,0,…,0}，若为Y轴方向，则向量表示为{0,1,0,0,0,…,0}，若为Z轴方向，则向量表示为{0,0,1,0,0,…,0}，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
所述面组数量Fnum指加工特征所含有的特征面总数量，若为n，其向量为 {n,0,0,…}，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
所述特征面类型Ff-type包括平面、圆柱面、圆环面、圆锥面、球面以及倒角面，首先将其赋予不同的数值，具体赋值为：平面赋值为a1，圆柱面赋值为b1，圆环面赋值为c1，圆锥面赋值为d1，球面赋值为e1，倒角面赋值为f1，然后用对应的面类型的赋值乘以个数表示向量的元素，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
所述属性邻接矩阵Madj基于特征面组之间的邻接关系创建，其创建规则为：若两特征面不相交则用数值0表示，若两特征面相交，则通过对相交线属性的赋值以确定该向量的元素，相交线的赋值由属性和几何特性组成，相交线的属性分为凸边、凹边以及相切边，分别赋值为1、2、3，相交线的几何特性分为直线、圆弧以及椭圆弧，分别赋值为-1、1、0，对角线元素为特征面类型赋值。
所述特征面拓扑关系矩阵Mtop基于特征面组之间的拓扑关系创建，两特征面之间的拓扑关系包括相交与相离两类，其中相交分为相切、垂直与不垂直，相离分为平行与共面，将不同的拓扑关系赋予不同的数值，具体赋值为：相交-相切赋值为-11，分离-相切赋值为11，相交-垂直赋值为-21、分离-垂直赋值为21、相交-非垂直赋值为-31、分离-非垂直赋值为31，相交-共面赋值为-41，分离-平行赋值为41,。
所述尺寸信息Fsize指该特征的定形尺寸，即加工该特征所去除材料的体积大小，利用凸包方法获取长、宽、高的具体数值a、b、c，向量表示为{a,b,c,0,0,…,0}，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
有益效果：本发明利用工艺知识提出一种加工特征的表示方法，有效的解决了三维设计过程中加工特征的快速识别，进而提高三维工艺模型的创建效率，也为工艺信息的有效积累和重用奠定基础，对推广智能化工艺设计系统的发展与应用具有重要意义。
附图说明
图1为三维零件模型及加工特征面组；
图2为槽加工特征的面组属性邻接矩阵。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
基于加工特征的动态加工过程，提出一种加工特征的向量表达方法，该向量包含八项基本元素：加工特征类型(Ftype)、主加工面(Fmain)、进给方向(Ffeed)、面组数量(Fnum)、特征面类型(Ff-type)、面组属性邻接矩阵(Madj)、特征面拓扑关系矩阵(Mtop)以及尺寸信息(Fsize)。
支撑座零件的方槽特征如图1所示，该特征的面组数量为6个，则各向量的元素为6个，具体表示如下：
加工特征类型：板腔类零件含有的加工特征包括：槽特征、孔特征、凸台特征，对各类加工特征进行顺序编码，将槽类特征编码为001，则支撑座零件上的方槽特征的加工特征向量为Ftype＝[001,0,0,0,0,0]，其他元素用0填充。
主加工面：指与刀具加工方向垂直的特征面称为主加工面，由图1可知，该方槽特征含有主加工面F4，则主加工面的向量表示为Fmain＝[1,0,0,0,0,0]。
进给方向：指刀具的加工方向，由图1可知，进给方向为Z轴反方向，则该进给方向的向量表示为Ffeed＝[0,0,-1,0,0,0]。
面组数量：通过特征识别技术获取该特征的所有加工特征面，其数量为6，将其向量表示为Fnum＝[6,0,0,0,0,0]。
特征面类型：特征面的属性类型有平面、圆柱面、圆锥面、球面、倒角面和圆环面，其相应的赋值如表1所示，则该元素的向量表达式为Ff-type＝[a1×4,f1 ×2,0,0,0,0]。
表1各类特征面的赋值表
面组属性邻接矩阵：该矩阵的创建过程阐述如下：首先，获取特征的所有组成面，将其顺序编号，如图1所示的特征面顺序序号为f1-f6，将其特征面之间的连接线属性分为凸边、凹边以及相切边，几何特性分为三类：直线、圆弧以及椭圆弧，相交边的赋值如表2所示：
表2特征面相交线的属性赋值表
创建的面组属性邻接矩阵为：
特征面拓扑关系矩阵：将特征面之间的拓扑关系分为相离与相交两类，其中相离关系分为平行与共面两种，相交关系分为垂直、非垂直与相切三类，相应的赋值数值如表3所示：
表3面组之间的拓扑关系赋值表
创建的特征面拓扑关系矩阵为：
尺寸信息：指加工该特征所去除的材料体积的尺寸信息，也可以认为是该加工特征的定形尺寸，可以通过凸包方法获取该特征的具体尺寸，其向量表示为 Fsize＝[a,b,c,0,0,0]，其中a,b,c分别为该去除体积的长宽高。
最终创建该特征的表达向量矩阵F＝[Ftype；Fmain；Ffeed；Fnum；Ff-type；Madj； Mtop；Fsize]18行6列的矩阵。
Claims (9)
1.一种基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，基于加工特征的动态加工过程，通过矩阵描述加工特征，该矩阵包含八项基本元素：加工特征类型Ftype、主加工面Fmain、进给方向Ffeed、面组数量Fnum、特征面类型Ff-type、面组属性邻接矩阵Madj、特征面拓扑关系矩阵Mtop以及尺寸信息Fsize，加工特征矩阵描述的表达式为：F＝{Ftype,；Fmain；Ffeed；Fnum；Ff-type；Madj；Mtop；Fsize}，其中基本元素Ftype,Fmain,Ffeed,Fnum,Ff-type,Fsize都是由向量表达，Madj,Mtop是由体矩阵表达，向量和矩阵的元素数由加工特征的面组数量确定。
2.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Ftype根据零件上所含有的加工特征类型进行编码，孔特征编码为001，槽特征编码为002、台阶特征编码为003，则槽特征的具体向量为{xtype,0,0,0…,0}，向量所包含的元素数量由特征面组的数量确定。
3.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Fmain指与刀具轴线垂直的特征平面，若加工特征存在主加工面则用数值1表示，其向量为{1,0,0,…,0}；若不存在主加工面则用数值0表示，其向量为{0,0,0,…,0}，向量所包含的元素数量由特征面组的数量确定。
4.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Ffeed指加工刀具的轴线方向，若为X轴方向，则向量表示为{1,0,0,0,0,…,0}，若为Y轴方向，则向量表示为{0,1,0,0,0,…,0}，若为Z轴方向，则向量表示为{0,0,1,0,0,…,0}，该向量所包含的元素数量由特征面组的数量确定。
5.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Fnum指加工特征所含有的特征面总数量，若为n，其向量为{n,0,0,…}，该向量所包含的元素数量由特征面组的数量确定。
6.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Ff-type包括平面、圆柱面、圆环面、圆锥面、球面以及倒角面，首先将其赋予不同的数值，具体赋值为：平面赋值为a1，圆柱面赋值为b1，圆环面赋值为c1，圆锥面赋值为d1，球面赋值为e1，倒角面赋值为f1，然后用对应的面类型的赋值乘以个数表示向量的元素，该向量所包含的元素数量由特征面组的数量确定。
7.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Madj是基于特征面组之间的邻接关系而创建，其创建规则为：若两特征面不相交则用数值0表示，若两特征面相交，则通过对相交线属性的赋值确定该向量的元素，相交线的赋值由属性和几何特性组成，相交线的属性分为凸边、凹边以及相切边，分别赋值为1、2、3，相交线的几何特性分为直线、圆弧以及椭圆弧，分别赋值为-1、1、0，对角线元素由特征面的类型而赋值。
8.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述特征面拓扑关系矩阵Mtop基于特征面组之间的拓扑关系创建，两特征面之间的拓扑关系包括相交与相离两类，其中相交分为相切、垂直与不垂直，相离分为平行与共面，将不同的拓扑关系赋予不同的数值，具体赋值为：相交-相切赋值为-11，分离-相切赋值为11，相交-垂直赋值为-21、分离-垂直赋值为21、相交-非垂直赋值为-31、分离-非垂直赋值为31，相交-共面赋值为-41，分离-平行赋值为41。
9.根据权利要求1所述的基于加工知识的加工特征表达方法，其特征在于，所述Fsize指该特征的定形尺寸，即加工该特征所去除材料的体积大小，利用凸包方法获取长、宽、高的具体数值a、b、c，向量表示为{a,b,c,0,0,…,0}，该向量所包含的元素数量为特征面组的数量。
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