一种负实体法建模方法与流程

本发明属于机械加工建模技术领域，具体涉及一种负实体法建模方法。

背景技术：

飞机上大部分金属机加件都采用数控加工，而这些零件形状复杂、加工精度要求高，特别是非常重要的大型零件难于加工，比如框、梁等承力构件。大部分的框、梁类零件外形为曲面，带有耳片接头。为了满足强度、结构布局、重量等一系列要求，机加件内部会设计出多个型腔(一般将零件内部的“空洞”状的去除称之为型腔)，其中也包括了部分闭角加工，进而增加了数控加工的难度。传统的CATIA建模以最终的几何特征符合设计意图，而不能全面考虑面向制造，具体表现在：

1)设计数模的建模过程可读性差，不利于数模维护，且设计数模建模过程复杂的时候客户端运算效率低；

2)零件同类刀具难于分类进而导致加工时频繁变换刀具；

2)编程过程中的工艺数模对设计数模的利用率极低，甚至大部分零件的工艺数模都要重新构建；

3)大量存在着设计数模的倒圆、倒角不能数控加工的现象；

4)闭角加工部分在设计数模中不能构建几何特征，造成了设计数模与实际零件之间存在着理论误差，给检验工作造成一定的困难。

技术实现要素：

本发明的目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种负实体法建模方法，采用并联式结构树管理方式和规范的设计流程图，提高了数模可读性，节省了更换设计者的数模维护时间。

本发明的技术方案：一种负实体法建模方法，所述负实体法依据加工顺序组建负实体的建模顺序，将加工过程中采用同一种规格刀具且一次走刀切除的部分用负实体模拟，所述负实体为：需从待加工实体中去除的部分；

建模方法包括如下步骤：

步骤1：收集设计基准，绘制待建立零件的约束草图；

步骤2：根据约束草图建立待建立零件的毛坯实体；

步骤3：建立待建立零件的轮廓实体；

步骤4：根据加工顺序建立负实体包；

步骤5、依据建立的负实体包加工待建立零件的几何参数特征；

步骤6、对建立的轮廓实体进行检查。

优选地，所述步骤5中，插入新的几何体，在插入的新几何体中构建负实体，再将负实体通过布尔装配到轮廓实体上。

优选地，所述负实体包包括多个机加特征，即局部去除、型腔及下陷。

优选地，所述负实体包中机加特征能够拆分、叠加和任意组合。

优选地，所述步骤2中，建立材料与构建方法的对应关系，不同的材料使用不同的方法建立毛坯。

本发明的技术有益效果：

a)建模流程规范，方法简单，易于实现，提高设计质量的同时又提高了工作效率；

b)由于在设计阶段就考虑了制造的相关工作，因此提高了其设计数模与工艺数模的一致性；

c)负实体法建模过程的负实体包可以任意拆分再重组而不改变设计意图，进而降低了工艺数模的难度和工作量；

d)由于每个负实体都在模拟一个道具加工的过程，因而不存在无法构建的圆角操作，且加工出的零件与设计数模的圆角特征理论上是一致的。

附图说明

图1为本发明一种负实体法建模方法的一优选实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示：一种负实体法建模方法，按照产品的设计特征合理安排加工方法及加工路线，按照加工方法和路线安排负实体建模顺序，利用主实体特征模拟零件毛坯，将零件加工过程中一种规格刀具一次走刀完成切削的部分用负实体代替，再从零件毛坯中去除负实体的部分，完成切削加工。

一种负实体法建模方法包括以下步骤：

步骤1：收集全部的设计基准，并将其通过关联设计绘制在约束草图中，其中应尽量包括框、梁等占位元素；

步骤2：根据约束草图建立待建立零件的毛坯实体；

对不同的来料给出不同的毛坯实体的构建方法，例如：板材用“拉伸”、棒材“旋转”、型材用“肋”，方便数控编程的参数选用，提高数控编程的效率；

步骤3：建立一个能够包容零件设计数模的最小包容实体即轮廓实体；

步骤4：根据加工顺序建立负实体包，负实体包包括多个机加特征，即局部去除、型腔及下陷，且负实体包中机加特征能够拆分、叠加和任意组合。

步骤5、依据建立的负实体包加工待建立零件的几何参数特征；

步骤6、对建立的轮廓实体进行检查。

下面对使用负实体方法构建典型的几何特征进行举例说明：

1)局部去除：

在已经建立好的轮廓实体上构建负实体，再将负实体布尔装配到轮廓实体上，完成局部去除。

2)不等高区域：在局部去除的基础上，通过构建不同负实体进行叠加完成不等高区域建模，一个等高区域对应一个凹槽负实体，最后将这些不等高区域的凹槽实体布尔装配到一个几何体中，完成不等高区域模型的建立。

3)阶梯结构去除：

插入新几何体，进行已移除的多界面实体或曲面的切割的负实体，来构建上表面阶梯结构的加工部分数模，再布尔装配到轮廓实体上。

4)型腔的加工：以局部去除为基础，产生型腔及其衍生的机加特征；

建立包含型腔轮廓的草图步骤；用限制曲面对主负实体进行处理，得到型腔的模拟实体；插入新的几何体，将负实体通过布尔装配装配到新的几何体上，并对新的几何体选定工作中的对象。

5)在上述步骤完成后，对需要进行下陷处理的部分，构建需要下陷切除部分的负实体，然后构建好的负实体通过布尔装配到已完成的模型中，完成下陷特征。

6)机加件数模应尽量接近零件被实际机加之后的结构形式，因此除锐边倒圆之外的所有圆角操作都应在相应的负实体中建立实际的圆角，并且遵循“由上到下，先大后小”的原则即按照大局加工的方向先上后下，同一层次的先大径后小径”。

7)对数模进行质量检查，对发现的问题按照上述方法修改，直到正确无误为止。

本发明给出规范的流程图提高了数模可读性，节省了更换设计者的数模维护时间，为“知识模板”等高级工具的使用提供了平台；

采用“并联式”结构树管理方式，提高了结构树的“扁平化”，利于查看、校对建模过程，幅提高设计数模的质量和维护性；

对不同的来料给出不同的毛坯实体的构建方法(板材用“拉伸”、棒材“旋转”、型材用“肋”)，方便数控编程的参数选用，提高数控编程的效率；

将设计数模过程中的“负实体包”任意拆分并重组可直接转换成工艺数模，而不影响设计意图，提高了设计数模衍生工艺数模的转换率，为今后智能化数控编程提供了技术基础；

对每一个负实体分别进行圆角操作，使之设计过程与实际刀具加工过程一致，消除了设计过程中不能构建圆角的情况，传统建模不能构建的闭角加工特征也能精确建模，降低了工艺数模与设计数模之间的理论误差，提高了零件的质量。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。