專利名稱：三維cad模型相交制造特征識別方法
技術領域：
本發明涉及一種相交制造特征識別方法，特別涉及一種三維CAD模型相交制造特征識別方法。
背景技術：
文獻“Computer-AidedDesign, Vol.27，N0.5，pp.323-342，1995” 公開了一種零件可制造性自動分析方法，該方法對已識別的制造特征從刀具接近方向、公差、加工效率等方面給出優化的特征解釋，并對生成的加工工藝進行評估。但是，該方法在特征識別過程中并沒有考慮設計語義信息對特征識別的影響，在產生優選解過程中會導致組合爆炸。基于模型的定義(model based definition, MBD)的概念和方法正在制造業得到日益關注和青睞，MBD通過直接在產品三維模型上標注尺寸、公差、技術要求等信息，以三維模型作為產品設計、制造、檢測等信息表示的唯一載體，MBD方法的應用已成為CAD技術發展的重要趨勢之一。MBD方法的出現，使得特征識別不僅可以利用模型的幾何拓撲信息，還可以利用其攜帶的材料、尺寸、精度等語義信息，為復雜相交特征或復雜零件的特征識別提供新的解決思路。
發明內容
為了克服現有的零件可制造性自動分析方法在產生優選解過程中存在組合爆炸的不足，本發明提供一種三維CAD模型相交制造特征識別方法。該方法以MBD表示的三維CAD模型為信息輸入源，首先通過啟發式規則對每個加工面進行可達性分析，確定加工面的可行刀具軸向空間；然后以加工面可行刀具軸向空間為約束，采用融合制造語義的加工面聚類算法構建加工區域子圖；最后，以加工區域子圖為制造特征痕跡，結合標注尺寸信息，對加工區域子圖進行優化合并，從而實現制造特征的識別。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種三維CAD模型相交制造特征識別方法，其特點是包括以下步驟:(I)以MBD模型為輸入，由三維CAD模型中的邊界信息得到加工面可行的刀具軸向。(2)根據不同相交特征的類型分別計算出可行的刀具軸向集，并且在此基礎上提取該加工區域的基面集合:根據可行刀具軸向存在的類型將相交制造特征分為三種類型，分別計算出刀具軸向集；由刀具軸向集基于一定的規則推導出基面集合。(3)對于每個加工區域，以基面為種子面，獲得各個加工區域子圖，并且對加工區域子圖進行優化合并:以加工面可達方向錐為約束，從中選擇可行的刀具軸向，將能夠沿同一個刀具軸向，并且具有相同精度等級的表面聚類為一個加工區域子圖；引入語義邊概念，構建加工區域子圖之間的約束關系，以一定的算法對加工區域子圖進行優化合并。(4)以已識別的制造特征為輸入，結合加工工藝知識，僅給出一種可行的特征解釋:基于一定的規則采用啟發式方法對可行的特征進行解釋。
為了展示本發明的有益效果，以Microsoft Visual Studio2008為集成開發環境，Open CASCADE為幾何平臺實現了算法，并在AMD Turionl.6GHz CPU, 2GB內存的PC機上對其進行了測試。設計語義信息(尺寸、公差、表面粗糙度等)的提取，采用UG Open API函數實現。與現有技術相比，有效地解決現有的特征識別方法存在的相交特征、復雜零件難以識別及沒有充分考慮尺寸公差信息對制造特征識別的影響等技術問題。本發明的主要貢獻包括:①將可制造性分析融入相交制造特征識別過程中，識別的制造特征均存在一個可行的刀具軸向，并且加工面具有相同的精度等級，滿足可制造性要求；②以加工區域子圖為制造特征痕跡，在特征識別過程中充分考慮了設計語義(標注尺寸、公差、基準等)對特征識別的影響，提高了方法的實用性，滿足工藝設計要求，識別結果能夠較好的支持下游制造階段的應用。下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
圖1是本發明方法的流程圖。圖2是本發明方法二次曲面軸向覆蓋相交特征示意圖；圖3是本發明方法平面法矢覆蓋相交特征示意圖；圖4是本發明方法刀具軸向隱式存在于相交制造特征示意圖。圖5是圖4中刀具軸向隱式存在于相交制造特征邊約束示意圖；圖6是圖4中刀具軸向隱式存在于相交制造特征點約束示意圖。
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圖7是圖4中刀具軸向隱式存在于相交制造特征所述可行刀具軸向提取與加工區域子圖構建的CAD模型；圖8是圖4中刀具軸向隱式存在于相交制造特征所述可行刀具軸向提取與加工區域子圖構建的凹子圖CAG ；圖9是圖4中刀具軸向隱式存在于相交制造特征所述可行刀具軸向提取與加工區域子圖構建的加工區域子圖。
具體實施例方式參照圖1 9。本發明三維CAD模型相交制造特征識別方法具體步驟如下:加工面可達性分析。加工面可達性分析主要通過分析三維CAD模型中的邊界信息推理出加工面可行的刀具軸向。以MBD模型為輸入，采用啟發式方法進行加工面可達性分析，該方法基于如下規則:規則1.對于平面加工，假設平面fi法矢為叫，則可達方向錐AdJ^={nk\{nk=n,)A(nk 丄 ,')V(彐,仏| nk ,>0)}；規則2.對于二次曲面(柱面、錐面、環面、球面等)加工，假設二次曲面4軸向為Iii，則二次曲面可達方向錐JK/;)=丨辦|( %= Wi) V( V尸E/JI %.W(F)^o )}，其中n (P)為面fi在點P處的法矢；規則3.對于自由曲面r(u，w)加工，自由曲面的可達方向錐為Ac{r)={nk\\f P^r(ii,\\^) | 辦‘《(巧彡 0)}，其中 n(P)為面 r(u, w)在點 P 處的法矢。規則4.對于加工面f，與其關聯的尺寸方向集合為0D，則基于設計語義的可達方向錐jc(/)=丨％1(3 YiiE Od I nk = nt)丨，其中關聯的尺寸方向為該尺寸的尺寸線方向。融合制造語義的加工面聚類算法。根據制造特征的定義，以加工面可達方向錐為約束，從中選擇可行的刀具軸向，將能夠沿同一個刀具軸向，并且具有相同精度等級的表面聚類為一個加工區域子圖。根據相交制造特征可行刀具軸向存在的類型將相交制造特征分為如下三種情況:①二次曲面軸向覆蓋相交制造特征平面法矢覆蓋相交制造特征
刀具軸向隱式存在于相交制造特征。MBD模型預處理。采用加工面屬性鄰接圖(machining face adjacencygraph, MFAG)對相交制造特征進行描述，首先將MFAG分割為凹子圖(concave adjacencygraph, CAG)，CAG定義為MFAG的頂點導出子圖，子圖CAG中任意兩個頂點之間均存在一條凹路徑；然后分別構建基于CAG的加工區域子圖。二次曲面軸向覆蓋相交制造特征。基面識別。根據啟發式規則，CAG中二次曲面軸向集0可覆蓋CAG，并且子圖CAG中存在平面fk與刀具軸向IiiOii G 0)垂直。假設與面fk非凸邊相鄰的面集合為Ns，當
Fc(fk U Ns) Hni抑時，且Ext°(fkyfPart=0[Ex產_.為沿著方向叫拉伸面至無窮
大，n *為正則化布爾交 ，Part為MBD模型)，則面fk為基面，且面fk只屬于一個制造特征，
即刀具沿方向Iii就完成面fk的加工；或者當UiVs) 0叫=0，但是存在二次曲面&滿 足:3 f產Ns \Fc(fk+fi) n Fii^ 0, KExt^lf^n dft^0 ( 3/表示加工面 f 的邊界)，則面 fk
同樣為基面，此時面fk共同屬于不同的制造特征，即刀具需要沿不同的進刀方向才能完成面fk的加工；否則面fk不為基面。當CAG中不存在與Iii對應的加工面時，則表示與方向Iii對應的是虛基面。加工面聚類。假設上述獲得子圖CAG的基面集合為FBase={fJ，I彡i彡n，以基面
fi為種子面按公式(2)構建加工區域子圖。
Rm=sJi Iffe F3axeAiVAe m-)l Fdft+fd n n 聲 0 八 m=T(M)} (I)其中Ns(fi)為與面fi非凸邊相鄰的面集合,IIi為加工區域R(fi)的刀具軸向，T(*)返回加工面的精度等級。對于虛基面加工區域子圖按照公式(3)構建。
R(nd=mfie Ftm,A(yfk^CAG IFrev\d{nhnk￥ [兀/2—& 兀/2]八耶)=21 ))
A(Vfj^Frev\ 尸.八聊=聊} (2)其中nk為面fk的法矢，0 (Iii, nk)為法矢Iii與nk之間的夾角，S為給定閾值，本
實施例取/8，Frev為二次曲面集合。平面法矢覆蓋相交制造特征。當CAG中不存在二次曲面時，假設CAG中存在平面A的法矢Iii與其他所有面fk在點 P 的法矢 nk(P)滿足:CAG I Iii nk(P)彡 O，且&產(/；)=0 ,則方向 Iii 覆
蓋CAG，此時從滿足上述條件的面集合Fquj中選擇使Sk獲得最小值的方向nk為子圖CAG的可行刀具軸向。
權利要求
1.一種三維CAD模型相交制造特征識別方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、以MBD模型為輸入，由三維CAD模型中的邊界信息得到加工面可行的刀具軸向； 規則1.對于平面加工，假設平面法矢為 則可達方向錐Jc的={%!(%= ,:)八(％丄《,:)/(3%丨0)}; 規則2.對于二次曲面加工，假設二次曲面&軸向為Iii,則二次曲面可達方向錐Acifi)= {nk\( nk= ；)V(VPe^| n(P)彡0 )}，其中 n(P)為面 A 在點 P 處的法矢； 規則3.對于自由曲面r (u，w)加工，自由曲面的可達方向錐為』VPEr(w,w)IW(P)SsO )}，其中n (P)為面r(u，w)在點P處的法矢; 規則4.對于加工面f，與其關聯的尺寸方向集合為0D，則基于設計語義的可達方向錐Ac{f)={nk\(3ni^OD | % = %)}，其中關聯的尺寸方向為該尺寸的尺寸線方向； 步驟二、根據可行刀具軸向存在的類型將相交制造特征分為三種類型，①二次曲面軸向覆蓋相交制造特征平面法矢覆蓋相交制造特征；③刀具軸向隱式存在于相交制造特征； 采用加工面屬性鄰接圖對相交制造特征進行描述，首先將MFAG分割為凹子圖CAG，CAG定乂為MFAG的頂點導出子圖，子圖CAG中任意兩個頂點之間均存在一條凹路徑；然后分別構建基于CAG的加工區域子圖； 根據啟發式規則，CAG中二次曲面軸向集0可覆蓋CAG，并且子圖CAG中存在平面fk與刀具軸向叫(叫G 0)垂直；假設與面fk非凸邊相鄰的面集合為隊，當Fc(^UiYs) fl #0時，且廣為沿著方向Iii拉伸面&至無窮大，n *為正則化布爾交，Part為MBD模型)，則面fk為基面，且面fk只屬于一個制造特征，即刀具沿方向Iii就完成面fk的加工；或者當Fr(/^UU n / = 0，但是存在二次曲面&滿足:3ff^Ns \Fcifk+n) 0 n尹0，且Ex產(fk)ndf40 ( D/ 表示加工面f的邊界)，則面fk同樣為基面，此時面fk共同屬于不同的制造特征，即刀具需要沿不同的進刀方向才能完成面fk的加工；否則面fk不為基面；當CAG中不存在與Iii對應的加工面時，則表示與方向Iii對應的是虛基面； 假設上述獲得子圖CAG的基面集合為FB_={fi}，I ^n,以基面為種子面按公式(2)構建加工區域子全文摘要
本發明公開了一種三維CAD模型相交制造特征識別方法，用于解決現有零件可制造性自動分析方法在產生優選解過程中存在組合爆炸的技術問題。技術方案是以MBD表示的三維CAD模型為信息輸入源，首先通過啟發式規則對每個加工面進行可達性分析，確定加工面的可行刀具軸向空間；然后以加工面可行刀具軸向空間為約束，采用融合制造語義的加工面聚類算法構建加工區域子圖；最后，以加工區域子圖為制造特征痕跡，結合標注尺寸信息，對加工區域子圖進行優化合并，從而實現制造特征的識別。本發明將可制造性分析融入相交制造特征識別過程中，使加工面具有相同的精度等級；在特征識別過程中充分考慮了設計語義對特征識別的影響，提高了實用性。
文檔編號G06F17/50GK103164582SQ201310093469
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者黃瑞, 張樹生, 張曦卯, 張聰聰, 陳進平 申請人:西北工業大學