融合刀具半径的三维工序模型构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种三维工序模型构建方法，特别是涉及一种融合刀具半径的三维工 序模型构建方法。
【背景技术】
[0002] 文献"三维机加工工艺工序间模型快速创建方法[J].计算机集成制造系统， 2014, 20 (07) : 1546-1552"公开了一种三维机加工工艺工序间模型快速构建方法。该方法根 据机加工零件模型加工特征的生成方式及特点，将加工特征分为凹陷特征、凸起特征和过 渡特征组；以特征识别技术为基础、特征面组为研宄对象，结合工艺知识识别出所需加工 特征的面组；运用半空间思想及基本建模方法，获取制造特征体并保存；获取所有制造特 征体后生成零件毛坯模型，与获取的制造特征体进行布尔操作，快速创建工序间模型。文 献所述方法是以制造特征体为基本单元来构建三维工序模型，并且制造特征体获取只依赖 与设计特征并未考虑毛坯形状，不符合实际加工情况。在实际的加工过程中，当前工序模型 是前驱工序模型与系列化的加工元做布尔运算所构建，是以加工元体为基本单元，并且加 工元体大小不仅依赖于设计模型，也与前驱工序模型相关，同时也受刀具半径的影响，因而 文献所构建的三维工序模型构建不能准确地反应实际加工情况下的工序模型。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有三维工序模型构建方法实用性差的不足，本发明提供一种融合刀具 半径的三维工序模型构建方法。该方法将制造特征序列化为加工元，以加工元体为基本单 元与前驱工序模型作布尔运算，生成三维工序模型。通过获取制造特征的基面环作为初始 曲线，以侧面余量和刀具半径作为偏置参数，对初始曲线进行多次偏置及求交计算，最终获 取加工元的截面轮廓线，指定拉伸的起始面、终止面，准确地构建出加工元体，实现了以加 工元体为基本单元的三维工序模型构建，准确地反映了实际加工情况下的三维工序模型。 由于采用融合刀具半径的曲线偏置算法偏置制造特征的基环，拉伸偏置曲线生成加工元 体，不仅实现了加工元体的生成而且加工元体的大小符合实际情况；将加工元体与毛坯做 布尔运算生成中间工序模型，使构建的三维工序模型符合实际的加工情况。并且，给定余量 值、刀具半径就能快速、准确地生成加工元体，达到时时检查余量值和刀具半径是否合理， 提高了工艺编制的效率。针对带孤岛和拔模角度的制造特征，给出了分层加工和增加拉伸 引导线方法，使实用范围更加广泛。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种融合刀具半径的三维工序模型 构建方法，其特点是采用以下步骤：
[0005] 步骤一、输入配准的零件设计模型Ma和毛坯模型Mb。
[0006] 步骤二、从零件设计模型仏提取制造特征集，并且指定每个制造特征的基面、拉伸 起始面和拉伸终止面。
[0007] MFj = (bf ^ sf^ tf^ , 0 ^ i ^ n (1)
[0008] 式中，MFi表示第i个制造特征，n为制造特征的总个数，bf i、sfjp tf汾别表示 为第i个制造特征的基面、拉伸起始面和拉伸终止面。
[0009] ①当制造特征包括孤岛时，以分层加工原理将制造特征分解为多个制造特征，以 分步加工。选取制造特征的外环，选定孤岛的顶面为起始拉伸面，作为一个制造特征。选择 制造特征的外环和孤岛内环，选定制造特征的基面作为起始面，孤岛的顶面为终止拉伸面， 作为另一个制造特征。
[0010] ②当制造特征带拔模角度时，选定制造特征的基面、起始拉伸面和终止面，并且选 取制造特征的侧面边，作为拉伸的引导线。
[0011] 步骤三、定义加工元，将制造特征序列化为系列加工元，分别给定加工元的侧面余 量值、底面余量值和刀具半径，并且关联到相应的工序下。
[0012] Mij= (MF i, Sajj, Bajj, Tr^), 0 ^ j ^ rij (2)
[0013] 式中，Mu表示第i个制造特征的第j个加工元，n ,为第i个制造特征按照工艺要 求所序列化的加工元总个数，SapBau和Tr ^分别表示为该加工元的侧面余量值、底面余量 值和刀具半径。
[0014] 步骤四、交互/自动获取制造特征的基环，以侧面余量值和刀具半径为偏置参数， 对基环进行偏置，生成新的偏置曲线，其曲线偏置算法具体步骤如下：
[0015] ①自动/交互获取制造特征的基面环Si，计算环中边的各项属性。
[0016] edge = (SP, EP, CR, CP, R, AR, Type, Convexity, islnner) (3)
[0017] 式中，SP与EP, CR与CP分别表示边的起始点和终点以及圆心点和c ;Type表示边 的类型；R与AR分别表示边的半径值和曲线对应的圆柱面半径值；Convexity表示边的凹 凸性；islnner判断边的圆心是否在多边形内。
[0018] ②以侧面余量Sa为偏置值，对环Si进行偏置生成曲线S2，其中凹边偏置凸边不偏 置，并且计算曲线&中偏置边的各项属性。
[0019] edge_s = (SP, EP, CR, CP, R, Type, Convexity, islnner, isValid, isSame) (4)
[0020] 式中，isValid判断该偏置边是否是有效；isSame判断该偏置边与对应的边的方 向是否一致。
[0021] ③以刀具半径Tr为偏置值，对曲线S2进行偏置生成曲线S 3。
[0022] ④裁剪曲线S3，获得曲线S4。
[0023] ⑤以曲线S4的点为圆心，刀具半径Tr为半径，绘制系列圆C{cQ, q，…，cn}，其中点 属于凸边的不绘制圆。
[0024] ⑥依据偏置曲线S2，裁剪系列圆C{cQ, q，…，cn}，获得系列圆弧Q {c。'，c/，… ，cn}。
[0025] ⑦依据系列圆弧^。，c/，…，c' n}，裁剪偏置曲线S2，获得最终偏置曲线S5。
[0026] 步骤五、拉伸偏置曲线生成加工元体，与毛坯/前驱工序模型布尔运算，生成中间 工序模型。
[0027] 步骤六、跳至步骤五，直至生成所有加工元，将毛坯模型Mb演变成零件设计模型 M a。工序对应下的最后一个中间工序模型，就是该工序对应的三维工序模型。
[0028] 本发明的有益效果是：该方法将制造特征序列化为加工元，以加工元体为基本单 元与前驱工序模型作布尔运算，生成三维工序模型。通过获取制造特征的基面环作为初始 曲