一种机械零件三维工艺模板的构建方法与流程

本发明涉及机械零件工艺设计技术领域，尤其涉及一种机械零件三维工艺模板的构建方法。

背景技术：

知识化、原型化、模板化设计理论技术的发展日趋成熟，计算机软硬件计算速度大幅提升，大大推动了复杂机械零件工艺设计技术的进步。目前，在产品三维模型中直接进行工艺设计以及基于三维模型模拟仿真工艺过程成为一个新的研究方向。通过对加工工艺的三维建模，直观地体现了零件加工工艺节点对制造结果的要求，将工作内容、工作步骤、各类标注以及检验结果要求等工艺信息集成在三维工艺模型中，大大促进制造过程的自动化程度。近年来该领域的研究方向主要有：(1)零件工艺模型的信息组织模型；(2)零件工艺模型的创成技术；(3)零件工艺模型的集成应用技术。然而，这些工作大多是在数学层面上进行理论研究，其理论较少涉及产品三维模型中知识应用技术方案，依然存在工程化程度较低、不易使用等问题。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种机械零件三维工艺模板的构建方法，实现零件加工工艺模型的快速构建。

一种机械零件三维工艺模板的构建方法，包括以下步骤：

步骤1：识别零件加工时所需切除的所有去除特征，基于去除特征建立零件加工过程二叉树，同时依据企业加工能力选定加工节点序列，并对每个加工节点附加工艺要求信息，输出包括工艺要求信息的加工节点序列；

所述去除特征是指零件加工时，去除材料的形状特征与零件设计时不同的特征，去除特征共分为六类特征，分别为边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征、环形特征和其它特征，每种特征的定义如下：

边界特征是指在原始零件毛坯上直接去除的至少与两个以上的毛坯表面相交且位于边界的形状；

内陷特征是指只与一个毛坯表面相交的内凹且不贯通的形状；

贯通特征是指工序节点毛坯上去除的至少与两个以上的毛坯表面相交的通透且位于毛坯内部的形状；

螺纹特征是指去除材料之后形成的剩余形状是螺纹的情况；

环形特征是指通过车削或铣削去除的圆柱形形状；

其它特征是指需要精加工修整的不能归结为以上各类特征的已知的表面特征；

步骤2：按照零件特征、去除特征、材料特性、机床特点和能力以及质量检验要求进行综合知识匹配，检索去除特征加工工艺知识库，生成所有加工节点的节点工艺模板，具体方法为：

步骤2.1：从生成的零件加工节点序列中取一个加工节点，进行零件材料特性和零件特征的识别，根据零件材料特性和零件特征确定零件加工的方法和初始毛坯；

步骤2.2：对选取的零件加工节点进行去除特征和机床特性的识别，根据识别结果，确定零件加工所需使用的刀具和机床设备；

步骤2.3：根据零件的质量检验要求对零件加工节点进行检验，确定零件加工的工艺参数；

步骤2.4：综合考虑零件材料、零件特征、去除特征、机床特性和质量检验要求多种因素，对零件加工节点进行综合计算和优化，消除互相影响和干涉的因素，根据计算和优化结果，将零件的节点按边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征和环形特征的顺序进行排序，确定加工节点顺序，最终确定该节点的工艺模板；

步骤2.5：判断零件的所有加工节点是否均生成了节点工艺模板，如果还有节点未生成节点工艺模板，则从零件加工节点序列中再另取一个加工节点，重新执行步骤2.1～步骤2.5，生成所有零件加工节点的节点工艺模板，否则执行步骤3；

步骤3：在零件的所有工艺节点后增加通用工艺节点，汇总零件的工艺信息，自动生成多个零件的三维工艺模板，并生成工艺信息首页，具体方法为：

步骤3.1：判断当前节点是否为零件加工节点序列中的第一个节点，如果是第一个节点，则保留初始毛坯，否则，将上一个节点的工艺模板作为当前节点的初始毛坯；

步骤3.2：在当前加工节点之后添加通用工艺节点；

步骤3.3：判断零件加工节点序列中的所有加工节点是否全部添加了通用工艺节点，如果还有未添加通用工艺节点的加工节点，则返回步骤3.1，否则执行步骤3.4；

步骤3.4：调用企业生产数据库，汇总和分析数据库中零件的工艺要求信息、设备方案和加工方案信息，将这些信息与生成的各加工节点的工艺模板进行匹配，生成多个零件的三维工艺模板；根据所需使用的设备、刀具、工装的可用状态，对生成的所有三维工艺模板进行优先级排序，并生成工艺信息首页；

步骤4：对生成的三维工艺模板进行修订和分析，生成零件的标准三维工艺模板，具体方法为：

对生成的工艺信息首页中的三维工艺模板所包含的零件的工艺要求信息、设备方案和加工方案，根据工厂和生产需求的实际状况进行交互式的调整和修订，将调整和修订后的三维工艺模板保存为标准三维工艺模板；

步骤5：将标准三维工艺模板上传到企业的加工工艺知识库，加工工艺知识库通过识别、理解、筛选和归纳的过程将蕴含于标准三维工艺模板中的知识进行知识抽取，并将抽取的工艺信息存入特征加工工艺知识库，同时发布编制的三维工艺模板。

进一步地，步骤3.2所述通用工艺节点包括零件加工过程中每道加工工序中都需要进行的检验和去毛刺过程。

进一步地，步骤4所述标准三维工艺模板包括工艺模板的工艺要求信息、设备方案和加工方案，其中加工方案包括加工方式、刀具方案和工装方案。

由上述技术方案可知，本发明的有益效果在于：本发明提供的一种机械零件三维工艺模板的构建方法，通过对去除特征的定义，在构建零件的三维工艺模板时，可以直接检索加工工艺知识库，查询已发布的模板，减少设计人员的工作量，节约三维工艺模板构建的时间。将生成的标准模板生成工艺信息首页并存入知识库进行编译发布，能够实现在零件设计时就考虑工厂的库存、加工能力和人员配置，推荐最优的设备方案和加工方案，从而提高了加工生产的效率和成品的质量。该方法简化了零件工艺模型的创建过程，提高了工艺模型构建过程的智能化和自动化，为复杂产品的工艺模型提供简洁高效的建模手段。

附图说明

图1为本发明实施例提供的待设计的三维工艺零件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种机械零件三维工艺模板的构建方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的基于去除特征建立零件加工过程二叉树的示意图；

图4为本发明实施例提供的边界特征结构示意图；

图5为本发明实施例提供的内陷特征结构示意图；

图6为本发明实施例提供的贯通特征结构示意图；

图7为本发明实施例提供的螺纹特征结构示意图；

图8为本发明实施例提供的环形特征结构示意图；

图9为本发明实施例提供的步骤2生成所有加工节点的节点工艺模板的流程图；

图10为本发明实施例提供的待设计零件生成的节点工艺模板结构示意图；

图11为本发明实施例提供的步骤3生成多个零件的三维工艺模板及工艺信息首页的流程图；

图12为本发明实施例提供的最终生成的工艺模板框图。

图中：1、边界特征；2、内陷特征；3、贯通特征；4、螺纹特征；5、环形特征；6、上端面边界特征；7、前端缺口边界特征；8、上后端凹槽内陷特征；9、左前端内陷特征；10、左前端内陷特征；11、中部内陷特征；12、中左部贯通特征；13、中右部贯通；14、中右部内陷特征。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

一种机械零件三维工艺模板的构建方法，建立在cad/cam系统平台的基础上，实现对航空结构的三维工艺设计提供快速的建模方法。

本实施例针对需要进行工艺设计的三维工艺零件，如图1所示，使用一种机械零件三维工艺模板的构建方法为该三维工艺零件构建三维工艺模板，具体步骤如图2所示，包括以下步骤。

步骤1：识别零件加工时所需切除的所有去除特征，基于去除特征建立零件加工过程二叉树，如图3所示，同时依据企业加工能力选定加工节点序列，并对每个加工节点附加工艺要求信息，输出包括工艺要求信息的加工节点序列。本实施例中附加的工艺要求信息包括零件表面的粗糙度、尺寸公差和形位公差信息。

去除特征是指零件加工时，去除材料的形状特征与零件设计时不同的特征，去除特征共分为六类特征，分别是边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征、环形特征和其它特征，每种特征的定义如下：

边界特征，是指在原始零件毛坯上直接去除的至少与两个以上的毛坯表面相交且位于边界的形状，例如图4所示，去除的零件毛坯边界缺口为一种边界特征1；

内陷特征，是指只与一个毛坯表面相交的内凹且不贯通的形状，例如图5所示，去除的零件毛坯中心的底部有材料的六边形缺口为一种内陷特征2；

贯通特征，是指工序节点毛坯上去除的至少与两个以上的毛坯表面相交的通透且位于毛坯内部的形状，例如图6所示，去除零件毛坯中心的底部无材料的六边形通孔为一种贯通特征3；

螺纹特征，是指去除材料之后形成的剩余形状是螺纹的情况，例如图7所示，在零件毛坯上去除一个螺丝钉后的螺纹为螺纹特征4；

环形特征，是指通过车削或铣削去除的圆柱形形状，例如图8所示，在零件毛坯上去除的圆柱形形状为环形特征5；

其它特征是指需要精加工修整的不能归结为以上各类特征的已知的表面特征。

步骤2：按照零件特征、去除特征、材料特性、机床特点和能力以及质量检验要求进行综合知识匹配，检索去除特征加工工艺知识库，生成所有加工节点的节点工艺模板，如图9所示，具体方法为：

步骤2.1：从生成的零件加工节点序列中取一个加工节点，进行零件材料特性和零件特征的识别，根据零件材料特性和零件特征确定零件加工的方法和初始毛坯。本实施例中待设计的零件中存在凹槽、圆孔、方形孔，应采用铣削加工的方法进行加工；

步骤2.2：对选取的零件加工节点进行去除特征和机床特性的识别，根据识别结果，确定零件加工所需使用的刀具和机床设备。本实施例中对待设计零件识别的去除特征包括平面、斜面、沟槽和孔的特征，需要使用的机床特性是主轴垂直布置，工作台可以上下升降，由此确定待设计的零件需要使用立式铣床和立铣刀进行加工，立铣刀的直径范围为2～50mm；

步骤2.3：根据零件的质量检验要求对零件加工节点进行检验，确定零件加工的基准面、加工余量和零件尺寸公差范围这些工艺参数。本实施例中以零件上端面为基准面，零件尺寸公差范为0～+2；

步骤2.4：综合考虑零件材料、零件特征、去除特征、机床特性和质量检验多种因素，对零件加工节点进行综合计算和优化，消除互相影响和干涉的因素，根据计算和优化结果，将零件的节点按边界特征、内陷特征、贯通特征、螺纹特征和环形特征的顺序进行排序，确定加工节点顺序，最终确定该节点的工艺模板。本实施例中待设计零件的去除特征只包括边界特征、内陷特征和贯通特征，所以按边界特征、内陷特征和贯通特征的顺序对加工节点序列进行排序；

步骤2.5：判断零件的所有加工节点是否均生成了节点工艺模板，如果还有节点未生成节点工艺模板，则从零件加工节点序列中再另取一个加工节点，重新执行步骤2.1～步骤2.5，生成所有零件加工节点的节点工艺模板，否则执行步骤3；

本实施例中待设计零件共生成八个节点工艺模板，如图10所示，分别为：第一个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的上端面边界特征6；第二个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的前端缺口边界特征7；第三个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的上后端凹槽内陷特征8；第四个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的左前端内陷特征9；第五个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的左端内陷特征10；第六个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的中部内陷特征11；第七个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的中左部贯通特征12；第八个节点工艺模板，该节点工艺模板去除零件的中右部贯通特征13和内陷特征14。

步骤3：在当前零件的所有工艺节点后增加通用工艺节点，汇总数据库中零件的工艺信息，自动生成零件的三维工艺模板，生成工艺信息首页，如图11所示，具体方法为：

步骤3.1：判断当前节点是否为零件加工节点序列中的第一个节点，如果是第一个节点则保留初始毛坯，否则将上一个节点的工艺模板修改为当前节点的初始毛坯；

步骤3.2：在当前加工节点之后添加通用工艺节点；

零件的每个加工过程均包括检验和去毛刺的过程，所以将这些过程设置为通用工艺节点，并添加到当前节点之后；

步骤3.3：判断零件加工节点序列中的所有加工节点是否全部添加了通用工艺节点，如果还有没添加通用工艺节点的加工节点，则返回步骤3.1，否则执行步骤3.4；

步骤3.4：调用企业生产数据库，汇总和分析数据库中零件的工艺要求信息、设备方案和加工方案信息，将这些信息与生成的各加工节点的工艺模板进行匹配，生成多个零件的三维工艺模板；根据所需使用的设备、刀具、工装的可用状态，对生成的所有三维工艺模板进行优先级排序，并生成工艺信息首页；

步骤4：对生成的三维工艺模板进行修订和分析，生成零件的标准三维工艺模板，具体方法为：

对生成的工艺信息首页中的三维工艺模板所包含的零件的工艺要求信息、设备方案和加工方案，根据工厂和生产需求的实际状况进行交互式的调整和修订，将调整和修订后的三维工艺模板保存为标准三维工艺模板，如图12所示，包括初始毛坯和八个加工节点及通用节点；

步骤5：将标准三维工艺模板上传到企业的加工工艺知识库，加工工艺知识库通过识别、理解、筛选和归纳的过程将蕴含于标准三维工艺模板中的知识进行知识抽取，并将抽取的工艺信息存入特征加工工艺知识库，同时发布编制的三维工艺模板。

最后应说明的是：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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部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权利要求所限定的范围。