一种基于特征的三维机加工艺编排系统及方法与流程

本发明属于三维机械加工技术领域，具体涉及一种基于特征的三维机加工艺编排系统及方法。

背景技术：

随着计算机及其相关技术的发展，基于Word/Excel/AutoCAD及其它图形系统的填表型CAPP系统在企业得到了广泛的应用。目前企业一般采用二维机加工艺设计软件，填表型CAPP系统工艺内容及规划过程在脑海中形成，通过填写工艺表格，完成工艺卡片的编制，工序在过程卡中(或者在一个独立的二维列表区中)编辑、工步在工序卡中编辑；工艺数据和卡片格式以非结构化的方式打包存放在文件中或者数据库中。填表型CAPP系统工艺卡片中的内容是离散的，没有内在的关联关系，不利于与其它系统的信息集成，不利于工艺知识的继承，也不利于工艺更改的执行。

随着以三维模型为基础的数字化设计与制造技术的推广和应用，结构化工艺设计成为目前的研发热点，出现了基于结构化数据的CAPP系统。结构化工艺的优势在于工艺信息的结构化表达，从信息系统开发角度，分析产品工艺文件中所涉及的数据、信息，建立结构化的数据模型，以工序、工步为对象，组织关联相关的资源(如工装、车间等)，进行工艺设计。此类软件多数采用标准的树控件及单层网格控件的方式来表达工艺信息，通过树控件表达工序工步的父子关系，用单层网格控件表达工序或者工步属性信息，如工序(步)名称、工序(步)内容、工装、工时等。这种表达方法在一个界面中不能同时看到工序及所属工步的完整信息，不利于工艺人员进行编辑操作。由于易用性差，影响产品在三维工艺设计中的应用。

这两类系统在基于特征的三维工艺设计方面均不能提供很好的工艺编排方法。

技术实现要素：

本发明旨在解决现有技术中存在的问题之一。本发明提出一种基于特征的三维机加工艺编排系统及方法，采用层级网格表达零件加工工艺的工序和工步；层级网格兼具了树控件和单层网格控件的优势，在同一界面中即能表达父子关系，也能表达同级属性关系；这使得工序和工步属性可同时在一个界面中显示，减少了用户的操作，提高了工艺编制效率。这种方法即具备了结构化工艺在信息组织、工艺知识的继承、集成方面的优势，又使得工艺编排更方便快捷。

根据本发明实施例，本发明的一个方面，提供一种基于特征的三维机加工艺编排系统，所述系统在同一界面包括特征工艺树区、特征工艺属性区、工艺层次网格区、工序工步属性区；采用特征工艺树、特征工艺属性表达特征加工方法、采用工艺层次网格、工序工步属性表达零件加工工艺的工序和工步。

根据本发明实施例，所述特征工艺树，将特征加工方法链实例解析转换为结构化的特征工艺树，对应地将特征加工方法链实例的属性转换为节点的属性。

根据本发明实施例，所述特征工艺树，用来描述零件-特征-特征加工方法链的关系，叶子节点为加工方法链实例中按顺序排列的特征加工工步。

根据本发明实施例，所述特征工艺属性，用属性表关联特征工步节点表示特征工步的属性，所述属性包括特征工步的工步号、工步名称、工步内容、工步余量。

根据本发明实施例，所述工艺层次网格，表达零件工艺的工序工步及加工参数，用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行工序网格，表示工序，第二级为子行工步网格，表示工步；每一行工序网格关联两个一级层次网格，如工序属性网格和工序尺寸网格；每一行工步网格关联一个一级层次网格，如工步属性网格。

根据本发明实施例，所述工序属性网格，用于补充表达工序内容；所述工序尺寸网格，记录标注在工序模型中的中间尺寸；所述工步属性网格，记录刀具信息和工艺参数。

根据本发明实施例，所述系统提供特征工艺树和工艺层次网格的互操作；所述系统支持工艺层次网格的收缩、展开、删减及工序号排序操作。

根据本发明实施例，本发明的另一个方面，提供一种基于特征的三维机加工艺编排方法，其步骤包括：

第1步：三维工艺设计系统获取零件工艺信息、全三维模型文件；

第2步：对三维模型文件中零件制造特征自动识别，基于知识的参数化设计形成特征工艺树；

第3步：零件加工工艺内容分析，形成零件加工工艺层次网格；

第4步：将零件的加工特征的加工方法做有限次的排序决策，产生零件特征加工工艺；

第5步：通过人机交互的工艺排序过程对特征工步重排并归纳到零件工艺的工步中，形成零件加工工序树；

第6步：对工序工步的内容补充完整后，零件的每个特征的工艺路线经过组合、合并、排序，得到最终的零件工艺路线。

根据本发明实施例，所述零件加工工艺包含多个工序，一道工序包含多个工步，一道工步与多个特征工步关联。

根据本发明实施例，所述零件加工工艺中的工艺内容描述是基于特征加工工步内容的显性表达：特征识别的结果主要属性包括特征类型和标注属性以及几何参数；在特征工艺知识库中定义了大量的特征加工工步链，特征工艺推理时，通过匹配特征属性获得满足要求的特征加工工步链；在零件加工工艺排序过程中，当一个特征工步被选中时，此特征工步将根据工步描述组合规则转换为零件加工工步描述。

本发明的有益效果是：采用层级网格表达零件加工工艺的工序和工步；层级网格兼具了树控件和单层网格控件的优势，在同一界面中即能表达父子关系，也能表达同级属性关系；这使得工序和工步属性可同时在一个界面中显示，减少了用户的操作，提高了工艺编制效率。本发明即具备了结构化工艺在信息组织、工艺知识的继承、集成方面的优势，又使得工艺编排更方便快捷。

利用本发明提供的技术方案，工艺设计人员可以根据加工路线制定的基本原则，通过特征工艺树节点与层次网格的关联互动，对零件加工特征的加工方法做有限次的排序，实现快速的、高效的机加工艺设计，提高工艺规划质量和效率。

附图说明

图1是加工工艺与特征工步的关系图。

图2是外圆柱面加工工步与特征工步的内在关系图。

图3是特征工艺树与零件加工工艺树的关系图。

图4是系统界面图。

图5是三维加工工艺设计过程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明总的技术思路是：三维工艺设计系统获取零件工艺信息、全三维模型文件后，通过对三维模型中制造特征的自动识别，采用基于知识的参数化设计思想，智能化生成各制造特征的加工方法，再通过人机交互，生成面向零件的机加工工艺过程。本发明提出的一种基于特征的三维机加工艺编排系统及方法，直接从产品三维模型中识别出制造特征，并以特征工艺为参考，通过可逆的交互手段完成加工工艺顺序的编排。本发明在界面实现上采用树结构(特征工艺树)表达特征加工方法、采用层级网格表达零件加工工艺的工序和工步。

基于上述技术思路，本发明提供一种基于特征的三维机加工艺编排系统，在同一界面包括特征工艺树区、特征工艺属性区、工艺层次网格区、工序工步属性区；采用特征工艺树、特征工艺属性表达特征加工方法、采用工艺层次网格、工序工步属性表达零件加工工艺的工序和工步。

(1)零件加工工艺内容分析。

如图1所示，零件加工工艺包含多个工序，一道工序包含多个工步，一道工步与多个特征工步(FWS)关联。

零件加工工艺中的工艺内容描述是基于特征加工工步内容的显性表达：特征识别的结果主要属性包括：特征类型和标注属性以及几何参数。

在特征工艺知识库中定义了大量的特征加工工步链，特征工艺推理时，通过匹配特征属性获得满足要求的特征加工工步链。在零件加工工艺排序过程中，当一个特征工步被选中时，此特征工步将根据工步描述组合规则转换为零件加工工步描述。

如图2所示为一个外圆柱面在加工工艺中的工步与特征工步之间的内在关系。

(2)基于层级网格的交互式特征工步排序。

由于工艺决策受经验、资源等因素的约束，因而工艺路线规划应以工艺员的经验为主，系统推荐为辅的模式完成。在特征工艺智能生成的基础之上，工艺员需完成的工艺决策过程就是以特征加工方法为基础，在不改变特征工步在特征加工方法链中的相对先后顺序的前提下，通过人机交互的工艺排序过程对特征工步重排并归纳到零件工艺的工步中，形成加工工序树，如图3所示。

按照工艺原理(如粗精分开、基准先加工等)，工艺设计人员可以参照特征的加工路线进行零件工艺路线设计，完成初步的工序、工步设计。本发明提供的工艺编排方法，在界面实现上，通过树、表结构辅助表达特征、特征加工方法；通过层级网格表达零件加工工艺的工序和工步，如图3所示。

在工艺路线设计中，将特征加工方法链实例解析转换为结构化的特征工艺树(PFC树)同时，对应地将特征加工方法链实例的属性转换为节点的属性。特征工艺树用来描述“零件-特征-特征加工方法链”之间的关系，叶子节点为加工方法链实例中按顺序排列的各个加工方法(特征加工工步FWS)。用属性表关联特征工步节点表示特征工步的属性，属性包括特征工步的工步号、工步名称、工步内容、工步余量等。

用层次网格表达零件工艺的工序工步及加工参数，其中用二级层次网格记录工序工步的关系、序号和内容，第一级为父行(工序网格)，表示工序，第二级为子行(工步网格)，表示工步。

每一行工序网格关联两个一级层次网格(工序属性网格和工序尺寸网格)，每一行工步网格关联一个一级层次网格(工步属性)。工序属性网格用于补充表达工序内容，主要记录机床、工装等工艺信息。

工序尺寸网格记录标注在工序模型中的中间尺寸；工步属性网格主要记录刀具信息和工艺参数。

系统提供树与层次网之间的互操作，允许工艺设计人员在选择层次网格中的工序网格或工步网格的同时，再“双击”选择特征工艺树节点，此时被选中的特征加工方法节点(特征工步)被标记为“已用过”状态，且“特征工步描述”自动填入到工步网格中，特征加工方法名作为工步名，特征工步描述作为工步内容。工艺设计人员可以按工步顺序选择完所有的特征工步，工艺路线的基本框架则通过此种交互方式被定义在层次网格中。整个工艺编辑区的单格都是可以编辑的，且由特征工步生成的工步是可以被撤销的，被撤销后的工步行被删除，特征工艺树的相关特征工步还原为“未被用过”的状态。这种双向操作模式可以支持工艺路线的反复编排。

系统支持工艺层次网格的收缩、展开、删减及工序号排序等操作。

使用这种方法，工艺设计人员可以通过选择特征工艺树节点的方式在层次网格中进行重新排序，快速建立零件工艺与特征工艺的关联关系，实现数据的快速重组，为工艺数据标准化提供新的思路。

(3)工艺编排过程。

基于本发明提供的三维机加工艺编排方法，三维加工工艺设计过程如图5。

第一步：特征加工方法生成。因此步骤的实现不在本发明中描述，略去特征加工方法智能生成的方法说明。特征加工方法内容显示在特征工艺树及特征工艺属性区。

第二步：特征工步排序快速生成零件工艺。通过对特征工步节点的重新排序快速生成零件工艺路线，同时自动建立特征工步与零件加工工步之间的对应关系。

第三步：工艺路线组合、合并、排序。对工序工步的内容补充完整后，零件的每个特征的工艺路线经过组合、合并、排序，得到最终的零件工艺路线。

本发明实施例技术方案的有益效果如下。

(1)以MBD为基础，基于特征进行工艺设计，实现工艺设计模式从二维向三维转变。

基于特征的工艺设计，以MBD为信息基础，直接从三维模型中识别出特征，并通过推理自动产生特征加工方法，在此基础上，通过交互式的编排方式，产生加工工艺。这种方式改变以往填表格的使用的状况，实现工艺知识快速主动智能复用，并且实现了工艺设计模式从二维到三维的转变。

(2)为工艺数据标准化提供新的思路，提升工艺设计效率和质量水平。

本发明通过建立特征与零件加工工艺之间的联动关系，使用工序工步的层次网格表达方式，实现工艺数据的快速重组，为工艺数据标准化提供新的思路。在工艺编排的过程中对工艺编排的内容实时进行检查和校验，及时发现工艺设计问题，有利于提高工艺设计效率和质量。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。