专利名称：三维cad模型相交制造特征识别方法
技术领域：
本发明涉及一种相交制造特征识别方法，特别涉及一种三维CAD模型相交制造特征识别方法。
背景技术：
文献“Computer-AidedDesign, Vol.27，N0.5，pp.323-342，1995” 公开了一种零件可制造性自动分析方法，该方法对已识别的制造特征从刀具接近方向、公差、加工效率等方面给出优化的特征解释，并对生成的加工工艺进行评估。但是，该方法在特征识别过程中并没有考虑设计语义信息对特征识别的影响，在产生优选解过程中会导致组合爆炸。基于模型的定义(model based definition, MBD)的概念和方法正在制造业得到日益关注和青睐，MBD通过直接在产品三维模型上标注尺寸、公差、技术要求等信息，以三维模型作为产品设计、制造、检测等信息表示的唯一载体，MBD方法的应用已成为CAD技术发展的重要趋势之一。MBD方法的出现，使得特征识别不仅可以利用模型的几何拓扑信息，还可以利用其携带的材料、尺寸、精度等语义信息，为复杂相交特征或复杂零件的特征识别提供新的解决思路。
发明内容
为了克服现有的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不足，本发明提供一种三维CAD模型相交制造特征识别方法。该方法以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。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种三维CAD模型相交制造特征识别方法，其特点是包括以下步骤:(I)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。(2)根据不同相交特征的类型分别计算出可行的刀具轴向集，并且在此基础上提取该加工区域的基面集合: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，分别计算出刀具轴向集；由刀具轴向集基于一定的规则推导出基面集合。(3)对于每个加工区域，以基面为种子面，获得各个加工区域子图，并且对加工区域子图进行优化合并: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；引入语义边概念，构建加工区域子图之间的约束关系，以一定的算法对加工区域子图进行优化合并。(4)以已识别的制造特征为输入，结合加工工艺知识，仅给出一种可行的特征解释:基于一定的规则采用启发式方法对可行的特征进行解释。
为了展示本发明的有益效果，以Microsoft Visual Studio2008为集成开发环境，Open CASCADE为几何平台实现了算法，并在AMD Turionl.6GHz CPU, 2GB内存的PC机上对其进行了测试。设计语义信息(尺寸、公差、表面粗糙度等)的提取，采用UG Open API函数实现。与现有技术相比，有效地解决现有的特征识别方法存在的相交特征、复杂零件难以识别及没有充分考虑尺寸公差信息对制造特征识别的影响等技术问题。本发明的主要贡献包括:①将可制造性分析融入相交制造特征识别过程中，识别的制造特征均存在一个可行的刀具轴向，并且加工面具有相同的精度等级，满足可制造性要求；②以加工区域子图为制造特征痕迹，在特征识别过程中充分考虑了设计语义(标注尺寸、公差、基准等)对特征识别的影响，提高了方法的实用性，满足工艺设计要求，识别结果能够较好的支持下游制造阶段的应用。下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
图1是本发明方法的流程图。图2是本发明方法二次曲面轴向覆盖相交特征示意图；图3是本发明方法平面法矢覆盖相交特征示意图；图4是本发明方法刀具轴向隐式存在于相交制造特征示意图。图5是图4中刀具轴向隐式存在于相交制造特征边约束示意图；图6是图4中刀具轴向隐式存在于相交制造特征点约束示意图。
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图7是图4中刀具轴向隐式存在于相交制造特征所述可行刀具轴向提取与加工区域子图构建的CAD模型；图8是图4中刀具轴向隐式存在于相交制造特征所述可行刀具轴向提取与加工区域子图构建的凹子图CAG ；图9是图4中刀具轴向隐式存在于相交制造特征所述可行刀具轴向提取与加工区域子图构建的加工区域子图。
具体实施例方式参照图1 9。本发明三维CAD模型相交制造特征识别方法具体步骤如下:加工面可达性分析。加工面可达性分析主要通过分析三维CAD模型中的边界信息推理出加工面可行的刀具轴向。以MBD模型为输入，采用启发式方法进行加工面可达性分析，该方法基于如下规则:规则1.对于平面加工，假设平面fi法矢为叫，则可达方向锥AdJ^={nk\{nk=n,)A(nk 丄 ,')V(彐,仏| nk ,>0)}；规则2.对于二次曲面(柱面、锥面、环面、球面等)加工，假设二次曲面4轴向为Iii，则二次曲面可达方向锥JK/;)=丨办|( %= Wi) V( V尸E/JI %.W(F)^o )}，其中n (P)为面fi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Ac{r)={nk\\f P^r(ii,\\^) | 办‘《(巧彡 0)}，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0D，则基于设计语义的可达方向锥jc(/)=丨％1(3 YiiE Od I nk = nt)丨，其中关联的尺寸方向为该尺寸的尺寸线方向。融合制造语义的加工面聚类算法。根据制造特征的定义，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。根据相交制造特征可行刀具轴向存在的类型将相交制造特征分为如下三种情况:①二次曲面轴向覆盖相交制造特征平面法矢覆盖相交制造特征
刀具轴向隐式存在于相交制造特征。MBD模型预处理。采用加工面属性邻接图(machining face adjacencygraph, MFAG)对相交制造特征进行描述，首先将MFAG分割为凹子图(concave adjacencygraph, 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。二次曲面轴向覆盖相交制造特征。基面识别。根据启发式规则，CAG中二次曲面轴向集0可覆盖CAG，并且子图CAG中存在平面fk与刀具轴向IiiOii G 0)垂直。假设与面fk非凸边相邻的面集合为Ns，当
Fc(fk U Ns) Hni抑时，且Ext°(fkyfPart=0[Ex产_.为沿着方向叫拉伸面至无穷
大，n *为正则化布尔交 ，Part为MBD模型)，则面fk为基面，且面fk只属于一个制造特征，
即刀具沿方向Iii就完成面fk的加工；或者当UiVs) 0叫=0，但是存在二次曲面&满 足:3 f产Ns \Fc(fk+fi) n Fii^ 0, KExt^lf^n dft^0 ( 3/表示加工面 f 的边界)，则面 fk
同样为基面，此时面fk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fk的加工；否则面fk不为基面。当CAG中不存在与Iii对应的加工面时，则表示与方向Iii对应的是虚基面。加工面聚类。假设上述获得子图CAG的基面集合为FBase={fJ，I彡i彡n，以基面
fi为种子面按公式(2)构建加工区域子图。
Rm=sJi Iffe F3axeAiVAe m-)l Fdft+fd n n 声 0 八 m=T(M)} (I)其中Ns(fi)为与面fi非凸边相邻的面集合,IIi为加工区域R(fi)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。
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为面fk的法矢，0 (Iii, nk)为法矢Iii与nk之间的夹角，S为给定阈值，本
实施例取/8，Frev为二次曲面集合。平面法矢覆盖相交制造特征。当CAG中不存在二次曲面时，假设CAG中存在平面A的法矢Iii与其他所有面fk在点 P 的法矢 nk(P)满足:CAG I Iii nk(P)彡 O，且&产(/；)=0 ,则方向 Iii 覆
盖CAG，此时从满足上述条件的面集合Fquj中选择使Sk获得最小值的方向nk为子图CAG的可行刀具轴向。
权利要求
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，假设平面法矢为 则可达方向锥Jc的={%!(%= ,:)八(％丄《,:)/(3%丨0)}; 规则2.对于二次曲面加工，假设二次曲面&轴向为Iii,则二次曲面可达方向锥Acifi)= {nk\( nk= ；)V(VPe^| n(P)彡0 )}，其中 n(P)为面 A 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』VPEr(w,w)IW(P)SsO )}，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0D，则基于设计语义的可达方向锥Ac{f)={nk\(3ni^OD | % = %)}，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定乂为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0可覆盖CAG，并且子图CAG中存在平面fk与刀具轴向叫(叫G 0)垂直；假设与面fk非凸边相邻的面集合为队，当Fc(^UiYs) fl #0时，且广为沿着方向Iii拉伸面&至无穷大，n *为正则化布尔交，Part为MBD模型)，则面fk为基面，且面fk只属于一个制造特征，即刀具沿方向Iii就完成面fk的加工；或者当Fr(/^UU n / = 0，但是存在二次曲面&满足:3ff^Ns \Fcifk+n) 0 n尹0，且Ex产(fk)ndf40 ( D/ 表示加工面f的边界)，则面fk同样为基面，此时面fk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fk的加工；否则面fk不为基面；当CAG中不存在与Iii对应的加工面时，则表示与方向Iii对应的是虚基面； 假设上述获得子图CAG的基面集合为FB_={fi}，I ^n,以基面为种子面按公式(2)构建加工区域子全文摘要
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。
文档编号G06F17/50GK103164582SQ201310093469
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月21日 优先权日2013年3月21日
发明者黄瑞, 张树生, 张曦卯, 张聪聪, 陈进平 申请人:西北工业大学