[发明专利]三维CAD模型相交制造特征识别方法

摘要

本发明公开了一种三维CAD模型相交制造特征识别方法，用于解决现有零件可制造性自动分析方法在产生优选解过程中存在组合爆炸的技术问题。技术方案是以MBD表示的三维CAD模型为信息输入源，首先通过启发式规则对每个加工面进行可达性分析，确定加工面的可行刀具轴向空间；然后以加工面可行刀具轴向空间为约束，采用融合制造语义的加工面聚类算法构建加工区域子图；最后，以加工区域子图为制造特征痕迹，结合标注尺寸信息，对加工区域子图进行优化合并，从而实现制造特征的识别。本发明将可制造性分析融入相交制造特征识别过程中，使加工面具有相同的精度等级；在特征识别过程中充分考虑了设计语义对特征识别的影响，提高了实用性。

主权项

1.一种三维CAD模型相交制造特征识别方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、以MBD模型为输入，由三维CAD模型中的边界信息得到加工面可行的刀具轴向；规则1.对于平面加工，假设平面f_i法矢为n_i，则可达方向锥规则2.对于二次曲面加工，假设二次曲面f_i轴向为n_i，则二次曲面可达方向锥其中n(P)为面f_i在点P处的法矢；规则3.对于自由曲面r(u,w)加工，自由曲面的可达方向锥为其中n(P)为面r(u,w)在点P处的法矢；规则4.对于加工面f，与其关联的尺寸方向集合为O_D，则基于设计语义的可达方向锥其中关联的尺寸方向为该尺寸的尺寸线方向；步骤二、根据可行刀具轴向存在的类型将相交制造特征分为三种类型，①二次曲面轴向覆盖相交制造特征；②平面法矢覆盖相交制造特征；③刀具轴向隐式存在于相交制造特征；采用加工面属性邻接图对相交制造特征进行描述，首先将MFAG分割为凹子图CAG，CAG定义为MFAG的顶点导出子图，子图CAG中任意两个顶点之间均存在一条凹路径；然后分别构建基于CAG的加工区域子图；根据启发式规则，CAG中二次曲面轴向集O可覆盖CAG，并且子图CAG中存在平面f_k与刀具轴向n_i(n_i∈O)垂直；假设与面f_k非凸边相邻的面集合为N_S，当时，且为沿着方向n_i拉伸面f_i至无穷大，∩^*为正则化布尔交，Part为MBD模型)，则面f_k为基面，且面f_k只属于一个制造特征，即刀具沿方向n_i就完成面f_k的加工；或者当但是存在二次曲面f_i满足:且(表示加工面f的边界)，则面f_k同样为基面，此时面f_k共同属于不同的制造特征，即刀具需要沿不同的进刀方向才能完成面f_k的加工；否则面f_k不为基面；当CAG中不存在与n_i对应的加工面时，则表示与方向n_i对应的是虚基面；假设上述获得子图CAG的基面集合为F_Base={f_i},1≤i≤n，以基面f_i为种子面按公式(2)构建加工区域子图；其中N_S(f_i)为与面f_i非凸边相邻的面集合，n_i为加工区域R(f_i)的刀具轴向，T(*)返回加工面的精度等级；对于虚基面加工区域子图按照公式(3)构建；其中n_k为面f_k的法矢，θ(n_i,n_k)为法矢n_i与n_k之间的夹角，δ为给定阈值，本实施例取π/8，F_rev为二次曲面集合；当CAG中不存在二次曲面时，假设CAG中存在平面f_i的法矢n_i与其他所有面f_k在点P的法矢n_k(P)满足:∀fk∈CAG|ni·nk(P)≥0,]]>且则方向n_i覆盖CAG，此时从满足上述条件的面集合F_CAG中选择使S_k获得最小值的方向n_k为子图CAG的可行刀具轴向；其中w(f_i,f_k)定义为w(fi,fk)=0iffi=fkni·nkelse]]>同理，按照基面识别方法提取CAG中的所有基面，并且按照公式(2)构建加工区域子图；对于刀具轴向隐式存在于相交特征内的情况，首先需要确定相交特征可行的刀具轴向集，提出基于累进约束的隐式刀具轴向提取算法；约束表示成一个三元组，记为C_ij={g_i,g_j,r}，其中g_i,g_j表示图CAG的子图，r表示子图g_i与g_j的连接关系；根据r的连接类型，约束可细分为以下两类：(1)边约束：当r表示G中连接子图g_i与g_j之间的连接边集合时，即r={(v_it,v_jk)|v_it∈g_i,v_jk∈g_j}，称C_ij为边约束；(2)点约束：当r表示子图g_i与g_j中的共有节点集合时，即r={v|v∈g_iΔv∈g_j}，称C_ij为点约束；根据约束的定义，任意一个图或子图用两个子图的一个约束来表示，记作g=(g_i,g_j,r)，其中子图g由子图g_i与g_j合并得到；因此，加工区域子图g由子图g_i与g_j的约束来表示；假设给定输入CAG，初始化一阶加工区域子图集C¹={g₁¹,g₂¹,…}，其中v_i∈CAG，根据约束定义构建约束g=(g_i¹,g_j¹,r)，生成二阶加工区域子图集C²={g₁²,g₂²,…}，其中如此循环，使用第k步中的加工区域子图集去构造第k+1步的加工区域子图集，并且作候选剪枝操作删除冗余的加工区域子图，这个过程称为约束累进过程；根据这个约束累进过程，提取覆盖CAG最小的可行刀具轴向集O；此时，将刀具轴向隐式存在的加工区域子图构建问题转化为前两种刀具轴向显式存在的加工区域子图构建问题；步骤三、以加工面可达方向锥为约束，从中选择可行的刀具轴向，将能够沿同一个刀具轴向，并且具有相同精度等级的表面聚类为一个加工区域子图；通过检测与相交制造特征中加工面关联的设计语义构建语义边；下面给出加工区域子图优化的步骤：Step1.给定相交制造特征加工面属性邻接图G，获得的加工区域子图集合为C={g₁,g₂,…,g_n}.Step2.令k=1,2,…,，进行下列循环:Step2.1对于C中的任意一个加工区域子图g_i，如果g_i满足某类制造特征的所有约束，将其加入C^k，并从C中删除g_i;Step2.2如果C中加工区域子图g_i与g_j之间存在语义约束，并且两个加工区域子图具有相同的刀具轴向、相同的精度等级，即根据加工区域子图可能的制造特征类型，在g_i与g_j之间添加语义边，构建新的加工区域子图g_k，将g_k加入C，并从C中删除g_i与g_j;Step2.3如果|C|=0，转Step3;Step2.4k=k+1.Step3.输出C^k中所有制造特征(k=1,2,…).步骤四、以已识别的制造特征为输入，结合加工工艺知识，依次采用如下启发式规则：规则5.若两个制造特征具有相同基面，并且加工面具有相同的精度等级，则合并为一个制造特征，以达到在一次行程中加工尽可能多的表面；规则6.若一个制造特征存在多个可行刀具轴向，根据已解释的具有确定可行刀具轴向的制造特征选择待解释特征的可行刀具轴向，以减少零件安装次数和刀具轴向数量；规则7.对于具有相同刀具轴向的相交制造特征，根据基面的位置关系，由上往下分层进行识别；规则8.若两个制造特征具有设计基准约束关系，优先加工基准特征；首先，根据上述特征识别方法识别相交制造特征，并且查找所有具有确定刀具轴向的特征；然后，根据启发式规则遍历所有待解释特征，确定其可行刀具轴向；最后，由待解释特征新生成的可行刀具轴向更新加工区域子图，并把新生成的加工区域子图作为制造特征痕迹进行特征再识别。