一种基于三维模型特征的电子零件相似数控工艺检索方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于三维模型特征的电子零件相似数控工艺检索方法，其根据零件工艺实例模型，利用相似工艺层次检索算法对数据库中已有的工艺实例进行检索，将结果按照相似度由高到低排列，并显示给工艺设计人员。本发明在相似度计算时，一方面摒弃了依靠零件单个特征之间相似度简单叠加，而不考虑特征之间关系的传统相似度计算方法，采用特征三角形作为计算相似度的基本单元，从而更全面的考虑了零件之间拓扑结构方面的相似度信息，使得相似度检索精度提高；另一方面摒弃了传统的单层检索多因素同时考虑的实例检索方法，采用逐层过滤检索的方法，每层考虑较少因素，一定程度上缩短了检索时间，提高了检索效率。
【专利说明】一种基于三维模型特征的电子零件相似数控工艺检索方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械制造数控加工工艺设计领域，尤其涉及电子关键零件数控工艺设计领域。
【背景技术】
[0002]随着制造业和电子技术的发展，对电子类零件的加工质量和精度提出了更高的要求，数控加工因其加工精度和效率高等特点，被广泛应用，数控工艺设计结果的好坏和设计周期的长短，直接影响产品的质量和生产效率，因此数控工艺设计的质量和效率问题得到了广泛的关注和研究。
[0003]数控工艺(以下简称F)可以看做是由零件中所有结构特征的工艺信息(以下简称特征工艺元Foi)按照一定次序组合而成的，即:
[0004]F= {Fol, Fo2, Fo3......Fon}
[0005]其中Foi = {fil, fi2, fi3......fim},第 i 个特征工艺元fij, (j = 1......m)可以表示
为:
[0006]fij = {f_id, f_t, f_m, f_p}
[0007]其中，fij为第i个特征的第j个工步，f_id代表特征编号，f_t代表特征类型，f_m代表特征的加工精度要求，f_p代表特征对应加工精度下的工艺参数(切削用量、切削液、机床、刀具、冷却方式等)。
[0008]为满足企业定制生产的需求，应尽可能压缩数控工艺设计的过程和时间，因此可以对企业中现有的设计信息和制造信息进行合理的组织和重用，通过信息的重用来缩短设计周期、降低工艺设计成本、保证工艺设计的质量。在重用电子关键零件工艺信息过程中，相似性检索机制起着关键作用，检索机制由检索标准或算法来体现。
[0009]然而现有的算法在相似度检索时都是从单个结构特征的几何和工艺相似度入手，只考虑了单个特征的材料、精度等属性。本发明认为相似度判定必须要比较全面的考虑零件的总体信息和几何信息、以及结构特征间的拓扑关系。为此提出了基于零件工艺实例信息模型的三级相似度检索策略。第一级为零件的类别信息的检索，第二级为零件材料信息的检索，第三级为零件的特征拓扑信息的检索。
【发明内容】
[0010]本发明针对电子关键零件数控工艺设计过程中，工艺人员重复劳动量大，对以前的设计经验和工艺知识不能重复利用的问题，提出了一种相似工艺层次检索方法。根据待工艺设计电子关键零件的信息，从工艺实例数据库中检索与其相似的实例零件的数控工艺，对其进行适当修改作为待设计零件的数控工艺，并将设计后的数控工艺有选择的存入实例数据库，扩大数据库的容量，实现工艺实例库的自学习。
[0011]为了解决以上问题本发明提供了一种基于三维模型特征的电子零件相似数控工艺检索方法，其特征在于:包括以下步骤:[0012]步骤1:对电子关键零件三维模型进行预处理:根据CAD开发接口计算三维模型的质心，对模型坐标进行平移变换操作，将世界坐标中心的原点平移变换到模型的质心；
[0013]步骤2:基于特征建立零件的工艺实例模型:将电子关键零件的典型结构特征进行分类，并对各类特征进行编码，确定各类特征的基准点，此基准点用来确定特征在零件上的具体位置；
[0014]步骤3:检索相似工艺:根据零件工艺实例模型，利用相似工艺层次检索算法对数据库中已有的工艺实例进行检索，将结果按照相似度由高到低排列，并显示给工艺设计人员；
[0015]步骤4:更新数据库:将新的数控工艺按照工艺实例模型存储至数据库中。
[0016]所述步骤2中，电子关键零件的典型结构特征分类和编码规则以编码+特征名称的形式给出，具体如下:
[0017]孔类:1简单孔、2沉头孔、3埋头孔；槽类:4直槽、5型槽；6腔类；台阶类:7方形台阶、8半圆形台阶、9U形台阶；孔阵列:10直线阵列、11圆形阵列。
[0018]所述步骤2中，各类特征基准点确定方法如下:
[0019]孔类:孔的中轴线与所在平面的交点；槽类:槽所在平面上槽中心线的中点处；
[0020]台阶类:台阶所在平面中轴线的中点处；腔类:腔所在平面上腔中轴线的中点处；
[0021]孔阵列:阵列孔所在平面的阵列中心。
[0022]步骤2中所述的实例模型的信息包括工艺设计中需要的总体信息、特征拓扑信息和各特征工艺信息的分层模型；
[0023]第一层为电子类关键零件的总体信息层，包括:零件名称、零件大类、零件小类、零件图号、整件图号、工作令号、主制车间、材料牌号、材料体积去除量、派工日期、模型设计人、全批数量、工艺设计员信息；
[0024]第二层:特征拓扑层:借鉴圆的知识，将每个特征抽象为以基准点为其圆心的圆，规定特征与特征之间存在3种关系，即相离、相交、包含；特征拓扑信息用以基准点为圆心的圆表示，位置关系采用圆的位置关系来描述；
[0025]第三层:特征工艺信息层，包括特征类型、特征名称、加工精度、表面粗糙度、加工所需刀具、机床、切削用量、切削液、切削力、切削温度信息，将上述零件工艺信息，按照实例模型结构存入数据库，以备后续相似工艺层次检索使用。
[0026]步骤3中所述的相似工艺层次检索算法包括以下步骤:
[0027](I)第一层检索:检索零件大小类的相似度:
[0028]从数据库中获取待工艺设计零件的大小类信息，作为检索相似度依据，根据是非型相似度计算公式(I)计算待设计零件与数据库实例的相似度sim(X，y) DX ；
【权利要求】
1.一种基于三维模型特征的电子零件相似数控工艺检索方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤1:对电子关键零件三维模型进行预处理:根据CAD开发接口计算三维模型的质心，对模型坐标进行平移变换操作，将世界坐标中心的原点平移变换到模型的质心； 步骤2:基于特征建立零件的工艺实例模型:将电子关键零件的典型结构特征进行分类，并对各类特征进行编码，确定各类特征的基准点，此基准点用来确定特征在零件上的具体位置； 步骤3:检索相似工艺:根据零件工艺实例模型，利用相似工艺层次检索算法对数据库中已有的工艺实例进行检索，将结果按照相似度由高到低排列，并显示给工艺设计人员； 步骤4:更新数据库:将新的数控工艺按照工艺实例模型存储至数据库中。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维模型特征的电子零件相似数控工艺检索方法，其特征在于:所述步骤2中，电子关键零件的典型结构特征分类和编码规则以编码+特征名称的形式给出，具体如下: 孔类:1简单孔、2沉头孔、3埋头孔；槽类:4直槽、5型槽；6腔类；台阶类:7方形台阶、8半圆形台阶、9U形台阶；孔阵列:10直线阵列、11圆形阵列。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维模型特征的电子关键零件数控加工的相似工艺检索方法，其特征在于:所述步骤2中，各类特征基准点确定方法如下: 孔类:孔的中轴线 与所在平面的交点；槽类:槽所在平面上槽中心线的中点处； 台阶类:台阶所在平面中轴线的中点处；腔类:腔所在平面上腔中轴线的中点处； 孔阵列:阵列孔所在平面的阵列中心。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维模型特征的电子零件数控相似工艺检索方法，其特征在于:步骤2中所述的实例模型的信息包括工艺设计中需要的总体信息、特征拓扑信息和各特征工艺信息的分层模型； 第一层为电子类关键零件的总体信息层，包括:零件名称、零件大类、零件小类、零件图号、整件图号、工作令号、主制车间、材料牌号、材料体积去除量、派工日期、模型设计人、全批数量、工艺设计员信息； 第二层:特征拓扑层:借鉴圆的知识，将每个特征抽象为以基准点为其圆心的圆，规定特征与特征之间存在3种关系，即相离、相交、包含；特征拓扑信息用以基准点为圆心的圆表示，位置关系采用圆的位置关系来描述； 第三层:特征工艺信息层，包括特征类型、特征名称、加工精度、表面粗糙度、加工所需刀具、机床、切削用量、切削液、切削力、切削温度信息，将上述零件工艺信息，按照实例模型结构存入数据库，以备后续相似工艺层次检索使用。
5.根据权利要求1所述的种基于三维模型特征的电子零件数控相似工艺检索方法，其特征在于:步骤3中所述的相似工艺层次检索算法包括以下步骤: (I)第一层检索:检索零件大小类的相似度: 从数据库中获取待工艺设计零件的大小类信息，作为检索相似度依据，根据是非型相似度计算公式(I)计算待设计零件与数据库实例的相似度sim(X，y)DX ；
6.根据权利要求5所述的一种基于三维模型的电子零件相似数控工艺检索方法，其特征在于: 步骤(3)在计算零件特征拓扑结构时，采用的基于面特征三角形的零件拓扑结构相似度计算方法，提出了特征三角形作为相似度计算的基本单元以及独创的特征三角形元素关系矩阵生成方法，主要包括以下步骤: (3-1)零件对应面的确定 首先利用三维建模工具二次开发接口函数获得零件A三维模型上的所有面信息P ={iv"iv..mnf}，其中nf为零件面的数量= {Id, Sm, Nj，Id为面的标识符，Sm和Nm分别代表面Hli的面积和特征数量；从数据库中取出其中一条实例零件B获得其对应信息，然后根据面积信息计算聚类凝聚点，并划分面的三个聚类等级:大、中、小，分别对零件A和B的各个面进行聚类分析； 具体聚类方法如下: 第一步:获取所有面面积的最大值Smax和最小值Smin ； 第二步:计算出聚类间隔八。=(Smax-Smin)/3 ； 第三步:计算凝聚点，Di+1 = D1-Atl ;第四步:判断Di+1是否小于等于Smin,如果是则输出凝聚点的集合D = (D1, D2......D。},c为凝聚点的数量和聚类结果J，否则执行第三步； 选取聚类等级为“大”的A和B的所有面，存入数据矩阵J1和J2,利用以下算法求解零件对应面； .4.1:将J1和J2内面信息按照面积降序排列； .4.2:读取J1内第一条面信息J11,利用公式(5)依次计算J2内所有面与J11的相似度，公式中Wml和Wm2分别为面积和特征数量的权重、Sffll和Nml分别代表J11的面积和特征数量、Sffl2和Nm2分别代表J2其中一面的面积和特征数量，取相似度最大的面作为对应面；
【文档编号】G06F17/30GK104008181SQ201410253957
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月9日 优先权日:2014年6月9日
【发明者】张柳, 张丹, 吕荣水, 徐锋 申请人:中国电子科技集团公司第十四研究所