基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法技术

一种基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法，其特征是通过历史数据对复杂结构件加工特征进行定义与分类，首先，针对同一类加工特征，根据加工特征的历史数据，按照加工特征拓扑结构和加工工艺的相似性，对加工特征进行定义与分类，然后，在分类基础上以加工特征的关键几何参数作为特征向量，使用K均值聚类算法对分类结果进行聚类分析，以区分不同几何参数对应的加工特征，并以历史数据中的加工方法和加工参数为参考对聚类结果进行评估，以提取更多共性加工工艺知识，实现工艺知识的高效重用，提高复杂结构件数控编程效率。本发明专利技术实现了工艺知识的高效重用，有利于缩短零件生产周期，提高复杂结构件数控编程效率。

【技术实现步骤摘要】
基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法
本专利技术涉及一种CAD/CAM/CAPP技术，，尤其是一种便于复杂结构件零件数控加工用的特征定义与分类方法，具体地说是一种提高复杂结构件数控编程效率和质量的方法。
技术介绍
飞机结构件具有尺寸大，形状复杂等特点，其加工难度大，加工精度要求高，加工工艺复杂，工艺准备周期长。现有的加工工艺知识积累依赖于个人技术经验，经验的传承需要较长的时间周期，占用较大资源，工艺知识如何高效重用则是亟待解决的问题。随着现在航空航天装备的快速发展，飞机结构件呈现出多品种、小批量的特点，而加工特征技术能很好地进行加工知识重用。但复杂结构件的加工特征复杂多变，对于同一类加工特征，其几何尺寸的差异导致加工方法的不同或是加工参数的选取不同，因此同一类加工特征中依然难以给出统一的加工工艺知识，工艺知识的重用效率较低。根据加工特征的拓扑结构以及几何参数在同一类加工特征中定义详细的加工特征类型，通过对不同拓扑结构以及不同几何参数的特征进行聚类分析，并通过历史数据对聚类结果进行评估，可以使每一类加工特征中的加工方法和加工参数拥有更多共性，每一个类别中的加工特征对应的工艺知识尽可能相同，从而实现加工工艺的高效重用，缩短零件的生产周期，提高复杂结构件的数控编程效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对同一类加工特征中由于拓扑结构以及几何参数不同使得工艺不完全相同的问题，专利技术一种基于历史数据对同一类加工特征中不同拓扑结构以及不同几何参数的特征进行智能定义与分类的方法，以便提取共性加工工艺知识，使工艺知识高效重用来提高复杂结构件数控编程效率和质量的方法。本专利技术的技术方案是：一种基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法，其特征是通过历史数据对复杂结构件加工特征进行定义与分类，首先，针对同一类加工特征，根据加工特征的历史数据，按照加工特征拓扑结构和加工工艺的相似性，对加工特征进行定义与分类，然后，在分类基础上以加工特征的关键几何参数作为特征向量，使用K均值聚类算法对分类结果进行聚类分析，以区分不同几何参数对应的加工特征，并以历史数据中的加工方法和加工参数为参考对聚类结果进行评估，以提取更多共性加工工艺知识，实现工艺知识的高效重用，提高复杂结构件数控编程效率和质量。加工特征拓扑结构的相似性以几何相似性矩阵衡量，通过全息属性面边图表达加工特征的拓扑结构，并且通过分层结构的形式描述加工特征。然后由此创建几何相似性矩阵计算加工特征间的相似度，几何相似性矩阵中包含了一个加工特征中每个面自身的属性以及所有相邻面间的拓扑关系信息，矩阵形式如下：式中MFS表示几何相似性矩阵，Attri表示面节点fi的属性，Attri用5位数字编码表达，其中第一位表达面节点的层数，如1表达第一层，第二位表达面的类型，用0表达平面，1表达曲面，最后三位表达面的法向与Z向夹角，角度只取整数部分，如80°用080表达，135°即135；Adjij表示面节点fi与面节点fj之间的邻接关系，用0表示凹连接，1表示凸连接；n表示该加工特征中面的个数。由于几何相似性矩阵的对称性，MFSij＝MFSji，矩阵右上角与左下角对称，为方便处理，将矩阵右上角值置零。按照加工特征拓扑结构的相似性对加工特征进行定义与分类时，由于不同加工特征的层数或面个数不同，因此几何相似性矩阵的长度便不同，首先应对不同长度的几何相似性矩阵使用补虚节点的方式使长度一致，然后将几何相似性矩阵展开成的向量，即从第二行开始，每行的数值都按照顺序放在第一行后面，如下所示：MFS′＝(MFS11,MFS21,…,MFSij,…,MFSnn)，j≤i式中MFS′表示几何相似性矩阵展开的一维向量，MFSij表示MFS矩阵第i行第j列的项。通过计算向量间的余弦值作为向量间的距离度量，计算公式如下：式中dis(MFSi,MFSj)表示加工特征i和加工特征j的几何相似性矩阵间的距离。以该余弦值作为两个加工特征形状的相似性，若余弦值大于预设的阈值，则将两个特征合并为同一类，实现相似工艺的几何特征的合并。本专利定义采用相同加工方法的特征为相似工艺，主要指相同的加工操作类型。提取加工特征的关键几何参数构建特征向量，关键几何参数指一个加工特征中的关键几何面的类型，几何尺寸包括转角半径等，以及整体特征的尺寸包括加工特征的关键几何面的面积、整体深度等。以槽特征为例，以腹板面积、转角半径和槽深度三个关键几何参数构建特征向量：PF＝(BS,R,D)式中PF表示槽特征的关键几何参数特征向量，BS表示槽特征腹板面积，R表示槽特征转角半径，D表示槽特征深度。K均值聚类算法需事先根据结构件加工特征的加工方法和加工参数大致分布类别定义K值大小，并随机选取K个样本作为初始均值，然后计算每个样本与各均值间的二范数值求得向量间的距离，以上述槽特征的特征向量为例，其距离计算公式如下：式中dis(PFi,PFj)表示第i个槽特征和第j个槽特征关键几何参数特征向量间的距离，||·||2表示向量的二范数。每个样本与距离K个样本中最近的一个聚为一类。当所有样本完成一轮聚类后，重新计算当前每个类的均值，按照新的均值重新对每个样本分类，重复该过程直到当前划分结果与上一轮聚类的结果相同，完成聚类过程。评价聚类结果的方法以加工方法和加工参数为参考，对每一簇中的样本进行分析，根据每个样本事先标记的加工方法和加工参数等，计算采用同一加工方法和加工参数最多的一种加工特征所占的比例，设置比例最低阈值，若有的簇中该比例不能达到这个阈值，则需要对聚类算法重新训练并划分结果，直到满足要求。本专利技术的有益效果：与现有基于加工特征的数控加工编程方法相比，本专利技术提出的方法在同一类加工特征的基础上定义了详细的特征类型，使每一类中的加工特征对应的加工方法和加工参数拥有更多的共性，很好地实现了对工艺知识的积累，可以更有效地对工艺知识进行重用，从而提高复杂结构件数控编程的效率和质量，缩短零件的制造周期。附图说明图1为本基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法流程图。图2为本专利技术的示例零件示意图。图3为示例零件槽特征序号示意图，a为正面，b为反面。图4为本专利技术两个(a、b)拓扑相似的多层槽特征及其全息属性面边图示意图。具体实施方式下面结合附图和示例零件对本专利技术作进一步说明：如图1-4所示。一种基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法，其实质是一种提高复杂结构件数控编程效率方法，它通过历史数据对复杂结构件加工特征进行定义与分类，首先，针对同一类加工特征，根据加工特征的历史数据，按照加工特征拓扑结构和加工工艺的相似性，对加工特征进行定义与分类，然后，在分类基础上以加工特征的关键几何参数作为特征向量，使用K均值聚类算法对分类结果进行聚类分析，以区分不同几何参数对应的加工特征，并以历史数据中的加工方法和加工参数为参考对聚类结果进行评估，以提取更多共性加工工艺知识，实现工艺知识的高效重用，提高复杂结构件数控编程效率。下面以图2所示的飞机结构件的槽特征作为例，对本专利技术的技术方案进行详细说明。图1是本专利技术的基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法流程图，它主要由拓扑结构相似性分类、K均值聚类定义加工特征以及聚类结果评估三部分组成。具体包括以下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法，其特征是通过历史数据对复杂结构件加工特征进行定义与分类，首先，针对同一类加工特征，根据加工特征的历史数据，按照加工特征拓扑结构和加工工艺的相似性，对加工特征进行定义与分类，然后，在分类基础上以加工特征的关键几何参数作为特征向量，使用K均值聚类算法对分类结果进行聚类分析，以区分不同几何参数对应的加工特征，并以历史数据中的加工方法和加工参数为参考对聚类结果进行评估，以提取更多共性加工工艺知识，实现工艺知识的高效重用，提高复杂结构件数控编程效率。

【技术特征摘要】
1.一种基于历史数据的复杂结构件加工特征智能定义与分类方法，其特征是通过历史数据对复杂结构件加工特征进行定义与分类，首先，针对同一类加工特征，根据加工特征的历史数据，按照加工特征拓扑结构和加工工艺的相似性，对加工特征进行定义与分类，然后，在分类基础上以加工特征的关键几何参数作为特征向量，使用K均值聚类算法对分类结果进行聚类分析，以区分不同几何参数对应的加工特征，并以历史数据中的加工方法和加工参数为参考对聚类结果进行评估，以提取更多共性加工工艺知识，实现工艺知识的高效重用，提高复杂结构件数控编程效率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于加工特征拓扑结构的相似性以几何相似性矩阵衡量，通过全息属性面边图表达加工特征的拓扑结构，并且通过分层结构的形式描述加工特征，并由此创建几何相似性矩阵计算加工特征间的相似度，几何相似性矩阵中包含了一个加工特征中每个面自身的属性以及所有相邻面间的拓扑关系信息。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于按照加工特征拓扑结构的相似性对加工特征进行定义与分类时，由于不同加工特征的层数或面个数不同，因此几何相似性矩阵的长度便不同，首先应对不同长度的几何相似性矩阵使用补虚节点的方式使其长度一致，然后将几何相似性矩阵展开成特征向量形式...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘长青，李迎光，李仲宇，郝小忠，楚王伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32