CN110221578A - 一种复杂加工特征通用定义方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复杂加工特征通用定义方法，包括以下步骤101：导入待识别加工特征的三维设计模型参数；步骤102：定义加工特征的特征组件；步骤103：定义加工特征的几何属性向量；步骤104：定义加工特征的拓扑邻接矩阵；步骤105：定义加工特征的约束向量。

Description

一种复杂加工特征通用定义方法

技术领域

本发明属于数字化制造与智能制造技术领域，尤其涉及一种复杂加工特征通用定义方法。

背景技术

加工特征自动识别是实现数控加工自动编程的核心前提，特征解释的合理性与准确性直接影响数控加工程序的质量。目前，典型的识别方法包括基于图、基于痕迹与基于立体分解等方法，其核心思路利用预定义的特征模式在零件模型上搜索满足预定义要求的零件模型表面，实现预定义特征的自动识别。此类方法通常将特征定义与特征识别(特征匹配)融合在一起，即特征定义隐含在具体的识别算法中。由于特征复杂多变，难以在系统开发的时候利用有限个特征模式表达所有的复杂特征。此外，即使对于同一个零件模型，不同用户可能根据机床、刀具与工装夹具等加工制造资源而采用不同的加工工艺方法。因此，现有的特征定义方法适用范围有限、可扩展性差，面对新型特征的识别时通常需要更改识别算法，制约了复杂航空航天产品制造的数字化与智能化水平。

为了使特征识别方法具有较广的适用性，能够满足不同用户、不同领域的加工特征识别需求，本发明提出了一种复杂加工特征通用定义方法。该定义方法独立于具体的识别算法，允许用户根据自身的工艺需求自定义任意复杂加工特征。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复杂加工特征通用定义方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101：导入待识别加工特征的三维设计模型参数；

步骤102：定义加工特征的特征组件；

步骤103：定义加工特征的几何属性向量；

步骤104：定义加工特征的拓扑邻接矩阵；

步骤105：定义加工特征的约束向量。

优选地，所述步骤101的三维设计模型参数包括实体模型与加工坐标系参数。

优选地，所述步骤102为将模型表面中具备相同或相似的几何拓扑属性的面域组合定义为组件，并将加工特征的定义过程转化为独立特征组件的定义过程，由多个独立的特征组件组合构成一个加工特征。

优选地，所述步骤102中采用广义向量定义特征组件。

优选地，所述步骤103中采用特征向量的方法定义特征组件的几何属性向量。

优选地，所述步骤102的特征组件的定义包括定义底面组件和定义侧面组件；其中，

底面组件和侧面组件的方法为：GAV表示广义向量，定义如下：

GAV＝((bv₁,bv₂,…,bv_m),(sv₁,sv₂,…,sv_n))

其中，bv_m表示特征的第m个底面组件，sv_n表示特征的第n个侧面组件，m≥1，n≥0；

底面组件和侧面组件的几何属性向量表达方法表示如下：

bv_i|sv_j＝(name,num,geo,dir,pro,tag)

其中，name、num、geo、dir、pro和tag表示几何属性向量的几何与拓扑属性参数。

优选地，所述步骤104采用特征矩阵的方法定义加工特征的拓扑邻接矩阵，所述拓扑邻接矩阵约定组件之间满足的拓扑属性关系。

优选地，所述拓扑属性关系包括组件的数量、不同组件的邻接关系属性信息，拓扑邻接矩阵的具体定义如下：

其中，TAM表示矩阵，矩阵的行数m为底面组件的数量，列数n为侧面组件的数量。拓扑邻接矩阵中的元素ta_i,j表示第i个底面组件与第j个侧面组件的邻接关系。

优选地，所述步骤105采用特征向量的方法定义加工特征的约束向量。

优选地，约束向量引入了正负加工面、边的凹凸性与面的空间位置属性，增强了侧面组件的约束条件。

总结上述描述，本发明的一种复杂加工特征通用定义方法针对航空航天复杂结构件均能有效识别三维设计模型上的特征，获得了以下技术效果：

1、本发明将复杂加工特征的定义过程拆分为底面组件与侧面组件的定义过程，降低特征定义的复杂程度；

2、本发明采用向量形式定义加工特征，可定义多种复杂类型的相交特征，定义过程简单易实现；

4、本发明引入了约束向量的定义，避免了加工特征定义的多义性，有效保证加工特征定义的正确性。

3、本发明使得特征定义依赖于用户自定义的输入参数，不融合于具体的特征识别算法中，加工特征的定义具有柔性化，使用范围广。

附图说明

图1为本发明实施例的底面组件定义和侧面组件示意图；

图2为本发明实施例的侧面组件的面域求交示意图；

图3为本发明实施例的负向面与扩展边的示意图；

图4为本发明实施例的复杂阶梯槽特征的特征定义结果示意图；

图5为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例，可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

如图5所示，基一种复杂加工特征通用定义方法可按照如下步骤实施：

101：导入待识别三维设计模型参数；

102：定义特征的特征组件；

103：定义特征的几何属性向量；

104：定义特征的拓扑邻接矩阵；

105：定义特征的约束向量。

根据本发明的一个实施例，所述步骤101)包括实体模型与加工坐标系参数的导入。

根据本发明的一个实施例，所述步骤102)所述的特征组件定义包括底面组件定义和侧面组件定义。

加工特征是由满足某种约束条件的一组零件模型表面构成，这组面可在毛坯模型上界定一个三维材料区域。构成特征的这组面可进一步细分为若干个具有相同作用、互不相交的子组面，同一个子组面中的模型表面具备相同的几何拓扑属性，本发明将具备相同几何拓扑属性且不需再细分的一组表面称为特征组件。特征组件包括底面组件和侧面组件，如图1所述为槽腔特征的底面组件和侧面组件示意图，其中，f₁为独立的底面组件，f₂和f₃构成两个侧面组件。

综上所述，本发明的创新性之一在于将加工特征的定义过程转化为独立特征组件的定义过程，由多个独立的特征组件组合构成一个加工特征。因此，基于特征组件的定义方式降低了加工特征定义的复杂性。

根据本发明的一个实施例，所述步骤102)采用广义向量的方法定义底面组件和侧面组件。采用广义向量定义底面组件和侧面组件，GAV表示广义向量，定义如下：

GAV＝((bv₁,bv₂,…,bv_m),(sv₁,sv₂,…,sv_n))

其中，bv_m表示特征的第m个底面组件，sv_n表示特征的第n个侧面组件，m≥1，n≥0。

根据本发明的一个实施例，所述步骤103)采用特征向量的方法定义特征组件的几何属性向量。

本发明采用特征向量定义底面组件和侧面组件，可表示如下：

bv_i|sv_j＝(name,num,geo,dir,pro,tag)

其中，name、num、geo、dir、pro和tag表示向量的参数，各参数的含义及取值范围表1。

表1组件属性取值表

表1中的pro用于表示侧面组件的面域复杂性。根据侧面组件与槽腔底面所在平面的求交结果判断，判断其面域类型属性。若求交结果仅包含闭环，则面域属性为简单闭合域。若求交结果均为开环，则面域属性为敞开域。否则，面域属性为复杂闭合域。如图2(a)所示为一简单零件，图2(b)所示底面求交平面，其求交结果包含两个开环与一个闭环，因此其面域属性为复杂闭合域。图1所述的特征对应的几何属性向量定义如下：

GAV＝(bc₁,(sc₁,sc₂))

其中，bv₁＝(Bottom,1,1,0,-1,1)，sv₂＝(Side,1,1,1,2,2)，sv₂＝(Side,1,1,1,2,3)。

综上所述，本发明的创新性之一在于通过向量的方式定义特征组件，广义向量与特征向量界定了特征组件的数量与属性，且向量定义过程简单且易实现，能够定义多种复杂的特征类型。

根据本发明的一个实施例，所述步骤104)采用特征矩阵的方法定义特征的拓扑邻接矩阵。

基于几何属性向量能够定义连通面域的几何属性，但是无法表达组件之间的邻接关系。为此，提出拓扑邻接矩阵，约定组件之间满足的拓扑属性关系，以实现预定义特征的准确识别。拓扑邻接矩阵的具体定义如下：

其中，TAM表示矩阵，矩阵的行数m为底面组件的数量，列数n为侧面组件的数量。拓扑邻接矩阵中的元素ta_i,j表示第i个底面组件与第j个侧面组件的邻接关系，i＝1,2,…,m，j＝1,2,…,n。约束矩阵中元素ta_i,j的值定义如下：

ta_i,j＝(c₁,c₂,c₃,c₄)

其中，元素值各变量的含义及取值见表2。

表2邻接矩阵元素取值及含义

综上所述，图1所述的特征对应拓扑邻接矩阵可表示为：

TAM＝[ca_1,1 ca_1,2]

其中，ca_1,1＝(1,1,2,0)，ca_1,2＝(1,1,2,0)。

根据本发明的一个实施例，所述步骤105)采用特征向量的方法定义特征的约束向量。

针对复杂特征，仅仅根据几何属性向量和拓扑邻接矩阵难以实现特定类型槽腔特征的准确提取，易导致类似特征的错误识别提取，故引入约束向量，增强侧面组件的约束条件。约束向量定义如下：

CV＝(cc₁,cc₂,…,cc_n)

其中，cc_i＝(c₁,c₂,c₃)。cc_i表示第i个侧面组件的约束条件，i＝1,2,…,n，n表示侧面组件的数量。cc_i的取值范围见表3。

表3约束向量元素含义及取值范围

所述表3中的相关术语含义：负向加工面为不能利用常规刀具(立铣刀)、采用三轴或者五轴加工方法加工的模型表面。此类面的体外法矢与工位方向的夹角角度超过机床主轴的最大摆角，只能采用特殊刀具(T型刀)加工的模型表面。扩展边为负向加工面所有边中不与侧壁组件相邻接的边。

以图3所示零件为例，面f1为槽特征的底面，面f2为负向加工面，边e1为扩展边。因此，图3的约束向量可定义如下：

CV＝(cc₁,cc₂)

其中，

cc₁＝(0,0,1)

cc₂＝(0,0,1)

综上所述，图4所示为含复杂闭角面的阶梯槽腔，其特征组件、几何属性向量、拓扑邻接矩阵、约束向量的具体定义如下：

GAV＝((bv₁,bv₂,bv₃),(sv₁)) bv₁＝(Bottom,1,1,0,-1,1)

bv₂＝(Bottom,1,1,0,-1,2) bv₁＝(Bottom,1,1,0,-1,3)

sv₁＝(Side,2,-1,-1,1,4) TAM＝[ta_1,1 ta_1,2 ta_1,3]

ta_1,1＝(1,1,2,0) ta_1,2＝(1,1,2,0) ta_1,3＝(1,1,2,0)

CV＝(cc₁) cc₁＝(1,-1,-1)

综上所述，本发明的创新性之一在于引入了拓扑邻接矩阵与约束向量，通过拓扑邻接矩阵定义了不同特征组件之间的拓扑邻接关系。同时，基于约束向量限定了不同特征组件之间的加工关系。因此，本发明提出的一种复杂加工特征通用定义方法能够有效地、正确地定义复杂加工特征。

以上只是本发明的最佳实施例，并非来限制本发明实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种复杂加工特征通用定义方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤101：导入待识别加工特征的三维设计模型参数；

步骤102：定义加工特征的特征组件；

步骤103：定义加工特征的几何属性向量；

步骤104：定义加工特征的拓扑邻接矩阵；

步骤105：定义加工特征的约束向量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤101的三维设计模型参数包括实体模型与加工坐标系参数。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤102为将模型表面中具备相同或相似的几何拓扑属性的面域组合定义为组件，并将加工特征的定义过程转化为独立特征组件的定义过程，由多个独立的特征组件组合构成一个加工特征。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤102中采用广义向量定义特征组件。

5.根据权利要求3所述的特征组件定义方法，其特征在于：所述步骤103中采用特征向量的方法定义特征组件的几何属性向量。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于：所述步骤102的特征组件的定义包括定义底面组件和定义侧面组件；其中，

底面组件和侧面组件的方法为：GAV表示广义向量，定义如下：

GAV＝((bv₁,bv₂,…,bv_m),(sv₁,sv₂,…,sv_n))

其中，bv_m表示特征的第m个底面组件，sv_n表示特征的第n个侧面组件，m≥1，n≥0；

底面组件和侧面组件的几何属性向量表达方法表示如下：

bv_i|sv_j＝(name,num,geo,dir,pro,tag)

其中，name、num、geo、dir、pro和tag表示几何属性向量的几何与拓扑属性参数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤104采用特征矩阵的方法定义加工特征的拓扑邻接矩阵，所述拓扑邻接矩阵约定组件之间满足的拓扑属性关系。

8.根据权利要求7所述的特征组件定义方法，其特征在于：所述拓扑属性关系包括组件的数量、不同组件的邻接关系属性信息，拓扑邻接矩阵的具体定义如下：

其中，TAM表示矩阵，矩阵的行数m为底面组件的数量，列数n为侧面组件的数量。拓扑邻接矩阵中的元素ta_i,j表示第i个底面组件与第j个侧面组件的邻接关系。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤105采用特征向量的方法定义加工特征的约束向量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：约束向量引入了正负加工面、边的凹凸性与面的空间位置属性，增强了侧面组件的约束条件。