一种电火花加工特征识别方法
【专利摘要】本发明公开了一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一：载入零件CAD模型和工序毛坯模型；步骤二：确定B-rep模型中边的类型；步骤三：识别加工区域并确定其类型；步骤四：确定加工方向和加工坐标系；步骤五：分解加工区域，提取加工特征。在模具镶块件的复杂产品的EDM加工过程中，通过本发明的一种电火花加工特征识别方法能够有效地解决EDM加工特征获取，为电极设计、加工工艺优化提高技术支持，实现EDM加工的CAD/CAM集成，提高加工效率。
【专利说明】一种电火花加工特征识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电火花加工特征识别方法，具体涉及一种利用零件CAD模型的B-rep信息进行电火花加工特征识别的方法。
【背景技术】
[0002]电火花加工(EDM)技术作为一种特种加工技术，已广泛应用于模具镶块件等复杂产品的窄缝、内清角、复杂型腔的加工中，制定合理的EDM加工工艺对于提高加工效率和控制加工成本有着至关重要的影响。虽然EDM设备已经具备了较高的自动化水平，但EDM电极设计和工艺参数的制定还是由工艺人员依据其经验以交互的方式完成，还没能实现CAD/CAM有效集成。
[0003]为了实现EDM的CAD/CAM有效集成，必须从零件CAD模型中自动识别并分解EDM加工区域(以下简称加工区域)，提取EDM加工特征(以下简称加工特征)，实现电极自动生成和加工工艺优化设计，因此加工特征的识别是实现EDM的CAD/CAM有效集成，提高加工效率、控制加工成本的关键技术。由于EDM工艺的特殊性及加工区域中存在有复杂型腔、窄缝、内清根等复杂加工区域，采用现有的加工特征识别方法很难识别并分解加工区域，提取满足工艺要求的加工特征。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电火花加工特征识别方法。
[0005]为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案:
[0006]一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，包括步骤如下:
[0007]步骤一:载入零件CAD模型和工序毛坯模型；
[0008]步骤二:确定B-rep模型中边的类型；
[0009]步骤三:识别加工区域并确定其类型；
[0010]步骤四:确定加工方向和加工坐标系；
[0011]步骤五:分解加工区域，提取加工特征。
[0012]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤二包括:根据边拓扑邻接面的法向量夹角和边的底层几何元素类型将B-rep模型中的边分为直线凹边、直线凸边、曲线凹边和曲线凸边四种类型。
[0013]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤三包括:
[0014]步骤3a:剔除非加工区域边；
[0015]步骤3b:识别加工区域；
[0016]步骤3c:确定加工区域类型。
[0017]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤3a包括:首先识别CAD模型上与工序毛坯模型边共线的拓扑边，然后对所述拓扑边做删除标记，将CAD模型的B-rep模型分解为RB-rep,所述RB_rep为所述加工区域的B_rep模型。[0018]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤3b包括:首先根据RB-rep中拓扑边类型及其拓扑结构提取加工区域的凸边环，然后利用凸边环的拓扑信息识别EDM加工区域。
[0019]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤3c包括:将获取的加工区域分为凹槽型和凹槽孤岛型，凹槽型加工区域分为封闭型和开放型两种类型。
[0020]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤四包括:
[0021]步骤4a:根据与加工区域起始凸边环的凹边方向为不同类型的加工区域选择加工方向；
[0022]步骤4b:以确定的加工方向为Z轴，起始凸边所在方向为Z轴正方向，加工区域内的任一点为原点建立当前加工区域坐标系。
[0023]前述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤五包括:从所述步骤三确定的加工区域的起始凸边环开始按照广度优先和凸边优先规则沿Z轴负方向搜索加工区域内的拓扑边，并按照边的拓扑结构对加工区域逐层分解，提取加工特征，直至加工区域内所有边都被访问。
[0024]本发明的有益之处在于:在模具镶块件的复杂产品的EDM加工过程中，通过本发明的一种电火花加工特征识别方法能够有效地解决EDM加工特征获取，为电极设计、加工工艺优化提高技术支持，实现EDM加工的CAD/CAM集成，提高加工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明一种电火花加工特征识别方法的流程示意图；
[0026]图2是本发明基于图1的进一步的流程示意图；
[0027]图3是本发明B-1^p模型中拓扑边的类型示意图；
[0028]图4是本发明一种零件的B-rep模型示意图；
[0029]图5是图4零件的工序毛坯B-1^p模型示意图；
[0030]图6是图4零件的加工区域B-rep模型示意图；
[0031]图7是本发明加工区域凸边环的示意图；
[0032]图8是本发明加工区域一凸边环的示意图；
[0033]图9是本发明加工区域二凸边环的示意图；
[0034]图10是本发明获取凸边环结束时的示意图；
[0035]图11是本发明单环凸边环和多环凸边环的示意图；
[0036]图12是本发明邻接型凸边环的示意图；
[0037]图13是本发明嵌套型凸边环的示意图；
[0038]图14是本发明凸边环分解中共享凸边集和非共享凸边集示意图；
[0039]图15是本发明嵌套型凸边环分解为邻接型凸边环的示意图；
[0040]图16是本发明起始凸边环的示意图；
[0041]图17是本发明过程凸边环的示意图；
[0042]图18是本发明加工区域的示意图； [0043]图19是本发明凹槽型加工区域的示意图；
[0044]图20是本发明凹槽孤岛型加工区域的示意图；[0045]图21是本发明开放型加工区域的示意图；
[0046]图22是本发明闭合型加工区域的示意图；
[0047]图23是本发明闭合凹槽型加工区域确定加工方向示意图；
[0048]图24是本发明确定闭合凹槽型加工区域的加工方向示意图；
[0049]图25是本发明确定开放凹槽型加工区域的加工方向示意图；
[0050]图26是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中边搜索的示意图；
[0051]图27是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中中凸边延伸的示意图；
[0052]图28是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征的示意图；
[0053]图29是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中起始凸边环的示意图；
[0054]图30是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中边搜索的示意图；
[0055]图31是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中凸边延伸的示意图；
[0056]图32是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征的示意图；
[0057]图33是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中起始凸边环的示意图；
[0058]图34是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中边搜索的示意图；
[0059]图35是本发明闭合凹槽型加工区域的加工特征识别中凸边延伸的示意图；
[0060]图36是本发明闭合凹槽型加工区域的第一个加工特征的示意图；
[0061]图37是本发明闭合凹槽型加工区域的第二个加工特征的示意图；
[0062]图38是本发明开放凹槽型加工区域的加工特征识别的示意图；
[0063]图39是本发明开放凹槽型加工区域的第一个加工特征的示意图；
[0064]图40是本发明开放凹槽型加工区域的第二个加工特征的示意图；
[0065]图41是本发明开放凹槽型加工区域的第三个加工特征的示意图；
[0066]图42是本发明开放凹槽型加工区域的第四个加工特征的示意图；
[0067]图43是本发明开放凹槽孤岛型加工区域的加工特征识别中干涉检测的示意图；
[0068]图44是图43加工区域的加工特征示意图；
[0069]图45是本发明开放凹槽孤岛型加工区域的加工特征识别中干涉检测的示意图；
[0070]图46是图45加工区域的第一个加工特征示意图；
[0071]图47是图45加工区域的第二个加工特征示意图；
[0072]图48是图45加工区域的第三个加工特征示意图；
[0073]图49是图45加工区域的第四个加工特征示意图；
[0074]图50是图45加工区域的第五个加工特征示意图；
[0075]图51是本发明开放凹槽孤岛型加工区域的加工特征识别中干涉检测示意图；
[0076]图52是图51加工区域的第一个加工特征示意图；
[0077]图53是图51加工区域的第二个加工特征示意图；
[0078]图54是图51加工区域的第三个加工特征示意图；
[0079]图55是图51加工区域的第四个加工特征示意图；
[0080]图56是图51加工区域的第五个加工特征示意图。
[0081]图中附图标记的含义:
[0082]1、曲线凸边，2、直线凸边，3、曲线凹边，4、直线凹边，5、多环凸边环，6、单环凸边环，7、共享凸边，8、共享凹边，9、非共享凸边，10、加工区域拓扑面，11、凸边延伸拓扑面，12、虚拓扑面。
【具体实施方式】
[0083]以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0084]本发明的目的在于提供一种EDM加工特征识别方法，该方法创造性地利用零件CAD模型的B-rep信息，从模具镶块件等复杂产品模型中识别并分解窄缝、内清角、复杂型腔等EDM加工区域，提取加工特征，该方法能为EDM的电极优化设计、工艺方案优化等关键问题解决提供技术支持，对于EDM的CAD/CAM集成有着极其重要的意义。
[0085]本发明输入是零件CAD模型和工序毛坯模型。本方法源于对EDM加工过程和电极可加工性的分析。从加工过程分析可知，B-rep模型上凸边是EDM加工过程中电极切入工序毛坯和不同EDM工步交叉残留的痕迹。B-rep模型内部与加工方向平行的直线凹边是EDM加工过程中电极进给残留的痕迹,其他所有凹边都是EDM加工结束时电极成型面残留的痕迹，因此拓扑边及其结构的识别与分析是加工区域识别和加工特征提取的关键。本实施例中用不同形状的阴影来在一张图中标识不同类型的拓扑面。
[0086]本发明的加工区域面又叫加工区域拓扑面10，其是需要采用EDM加工的面和由凹边与此面相邻的面的集合。本发明的凸边延伸拓扑面11又叫凸边延伸面，其是以边搜索到的凸边为扫掠线、过凸边任意端点且平行于X或Y轴的直线为准线，做扫掠平面截交于加工区域面所形成的面。本发明的虚拓扑面12是以开放凹槽型加工区域的开放侧的拓扑边为扫掠线和准线，做扫掠平面截交于加工区域面或另一虚面所形成的面。本发明用加深的点划线标识凸边或凹边，即标识线索边。
[0087]参照图1和图2所示，本发明一种电火花加工特征识别方法，包括步骤如下:
[0088]步骤一:载入零件CAD模型和工序毛坯模型；
[0089]步骤二:确定B-rep模型中边的类型；
[0090]步骤三:识别加工区域并确定其类型；
[0091]步骤四:确定加工方向和加工坐标系；
[0092]步骤五:分解加工区域，提取加工特征。
[0093]本发明步骤一中载入零件CAD模型和工序毛坯模型，即载入零件和工序毛坯的CAD模型到现有CAD/CAM系统中。
[0094]本发明步骤二中确定B-rep模型中边的类型即根据边拓扑邻接面的法向量夹角和边的底层几何元素类型确定边的类型。现有CAD模型中边有圆弧(CATCircle)、椭圆弧(CATEllipse)、B 样条曲线(CATNurbsCurve)、直线(CATLine)等类型。这些边都是 CATCurve的派生类，通过IsATypeOf函数可以确定边的类型。首先根据查询结果将B-rep模型中边分为直线边和曲线边两大类；然后用公式(For.1)计算边邻接面夹角，判断边的凸凹性。
【权利要求】
1.一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，包括步骤如下: 步骤一:载入零件CAD模型和工序毛坯模型； 步骤二:确定B-rep模型中边的类型； 步骤三:识别加工区域并确定其类型； 步骤四:确定加工方向和加工坐标系； 步骤五:分解加工区域，提取加工特征。
2.根据权利要求1所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤二包括:根据边拓扑邻接面的法向量夹角和边的底层几何元素类型将B-rep模型中的边分为直线凹边、直线凸边、曲线凹边和曲线凸边四种类型。
3.根据权利要求1或2所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤三包括: 步骤3a:剔除非加工区域边； 步骤3b:识别加工区域； 步骤3c:确定加工区域类型。
4.根据权利要求3所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤3a包括:首先识别CAD模型上与工序毛坯模型边共线的拓扑边，然后对所述拓扑边做删除标记，将CAD模型的B-rep模型分解为若干个RB_rep,所述RB_rep为所述加工区域的B_rep模型。
5.根据权利要求4所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤3b包括:首先根据RB-rep中拓扑边类型及其拓扑结构提取加工区域的凸边环，然后利用凸边环的拓扑信息识别EDM加工区域。
6.根据权利要求5所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤3c包括:将获取的加工区域分为凹槽型和凹槽孤岛型，凹槽型加工区域分为封闭型和开放型两种类型。
7.根据权利要求1或6所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤四包括: 步骤4a:根据与加工区域起始凸边环的凹边方向为不同类型的加工区域选择加工方向； 步骤4b:以确定的加工方向为Z轴，起始凸边所在方向为Z轴正方向，加工区域内的任一点为原点建立当前加工区域坐标系。
8.根据权利要求1或7所述的一种电火花加工特征识别方法，其特征在于，所述步骤五包括:从所述步骤三确定的加工区域的起始凸边环开始按照广度优先和凸边优先规则沿Z轴负方向搜索加工区域内的拓扑边，并按照边的拓扑结构对加工区域逐层分解，提取加工特征，直至加工区域内所有边都被访问。
【文档编号】B23H7/20GK103801776SQ201410065431
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】耿维忠, 陈正鸣, 何坤金, 蒋俊锋, 吴云燕 申请人:河海大学常州校区