The invention belongs to the field of computer-aided process planning technology, and discloses a three-dimensional process planning method and platform for typical automotive machined parts based on MBD. The three-dimensional CAD software is used as the carrier, the MBD design model is the only data input, the process MBD model is the data output, and the design process includes the establishment of MBD related standards, the establishment of MBD design model, the classification of features and characteristics. Creation of levying database, feature recognition and information extraction, generation of processing elements, clustering of processing elements, process sequencing, creation of manufacturing feature body and process model, etc. The final application example of the invention is realized in a three-dimensional CAPP system developed with NX as the carrier and C++ and NXopen language. The invention can quickly generate a process MBD model that integrates process model and manufacturing feature body, realize visualization of process design process, improve process design efficiency, and lay a foundation for integration of CAD/CAPP/CAM.
【技术实现步骤摘要】
基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法及平台
本专利技术属于计算机辅助工艺设计
，尤其涉及一种基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法及平台。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：基于模型的定义(ModelBasedDefinition，MBD)是一种面向计算机应用的产品数字化定义技术，其核心思想是将与三维实体模型相关的产品尺寸、几何公差、基准、表面粗糙度等详细信息统一集成于三维实体模型中，用该集成的三维实体模型来完整的表达产品的定义信息，并将其作为产品制造过程中的唯一依据，完全摒弃了传统结构设计过程中以二维CAD图纸来表达实体模型的方式，从而使得整个产品生命周期内的数据唯一性得到保证。消除了数据传递过程中产生的歧义，大大提高了产品设计的效率。目前国内外MBD技术主要应用于航空航天产品设计与装配领域，在汽车产品设计领域还寥寥无几，小部分汽车企业开始引用MBD技术，但仍处于初步探索阶段，并未形成规模化标准化的生产体系。综上所述，现有技术存在的问题是：MBD应用标准不统一或者没有规范化的标准体系；部分企业根据自身基本需要并结合国家相关标准编...
【技术保护点】
1.一种基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法，其特征在于，所述基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法包括：以三维CAD软件为载体，以MBD设计模型为唯一数据输入，以三维工艺MBD模型为数据输出；依次进行MBD相关标准的建立、MBD设计模型的创建、特征分类与特征信息库的创建、特征识别与信息提取、加工元的生成、加工元聚类生成工序、工序排序、制造特征体、工序模型的创建；生成集合工序模型与制造特征体的工艺MBD模型，实现工艺设计流程的可视化。
【技术特征摘要】
1.一种基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法，其特征在于，所述基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法包括：以三维CAD软件为载体，以MBD设计模型为唯一数据输入，以三维工艺MBD模型为数据输出；依次进行MBD相关标准的建立、MBD设计模型的创建、特征分类与特征信息库的创建、特征识别与信息提取、加工元的生成、加工元聚类生成工序、工序排序、制造特征体、工序模型的创建；生成集合工序模型与制造特征体的工艺MBD模型，实现工艺设计流程的可视化。2.如权利要求1所述的基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法，其特征在于，所述基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法具体包括：步骤一，根据MBD设计模型创建的需要，进行MBD相关标准的编制；步骤二，根据所编制的MBD标准集合，确定零部件工艺设计的全部工艺信息，包括尺寸、尺寸公差、形位公差与基准、表面粗糙度、技术要求、工艺信息及属性注释，并在CAD软件的三维标注模块中对工艺设计的全部信息进行定义与标注，完成MBD设计模型的创建；步骤三，根据典型零件的设计模型，对其特征进行属性自定义与特征分类；所述自定义特征根据特征的加工面属性邻接图MFAG进行分类，分类特征包括单独加工面、台阶、孔、凹槽和凸台；接着完成XML文件格式的加工特征信息库的创建，特征信息库中包含各类自定义特征面和边的属性，其中面的属性主要包括面的类型、法向向量、面的内外环信息；边的属性包括边的类型、法向向量、边的凹凸性；步骤四，根据零件设计模型的STEP格式文件，获取零件的属性邻接图AAG，删除所有的过渡特征、毛坯面以及与毛坯面相邻接的边，将零件的属性邻接图简化为特征的加工面属性邻接图MFAG；将MFAG与加工特征信息库进行特征匹配，若匹配成功，则识别出相应的特征；若匹配不成功，则对MFAG进行属性分解，对相应的面进行合并或者分割，获得多个特征子图，再将特征子图与加工特征信息库进行特征匹配，匹配成功，识别出相应的特征；对识别出的特征，提取各个特征加工面的产品制造信息，产品制造信息包括基本工艺设计信息，工艺辅助信息，并以XML文件格式输出保存至后台；步骤五，依据加工决策规则内容，提取加工特征信息库中的特征信息，与特征加工规则库进行信息映射，进行加工元的创建；加工元包括特征或特征面的全部加工信息；全部加工信息包括加工元名称、加工特征类型、加工部位、加工方法、加工精度、加工刀具、加工机床、加工时间、工装夹具、切削量、加工余量、主轴转速、切削速度信息；步骤六，对所述步骤五所创建的加工元，依据基于多属性重要性加权的模糊c-均值的加工元聚类算法，根据不同加工属性对聚类结果的影响程度，对加工方法、加工精度、加工刀具、加工机床、工装夹具属性进行不同权重赋值，并确定聚类数量c，迭代停止阈值ε，迭代次数T，将加工属性相近的加工元聚类，合并生成加工工序；步骤七，利用遗传算法，对步骤六所生成的工序进行最优化排序，获得零件最佳的工序排序列表；步骤八，对每道工序所要加工的特征，根据逆向生成思想，利用半空间相交或参数化建模方法，从MBD设计模型开始，创建第N道工序的制造特征体，而第N道工序的工序MBD模型即为MBD设计模型与该道工序的工艺信息的集合，所以该制造特征体与设计模型进行布尔加运算，即可生成第N-1道工序的工序模型，在此基础上，创建其余各道工序的制造特征体及工序模型，直至创建最后的毛坯模型，则工艺模型创建完成。3.如权利要求2所述的基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法，其特征在于，步骤一中，MBD标准包括：(1)MBD三维模型的定义与创建标准，包括零部件MBD模型基本定义及数据集完备性要求，MBD模型的三维建模和装配要求，生成三维工程图的技术要求；(2)MBD三维标注标准，包括MBD模型数据集在三维环境中的表达，具体包括：MBD模型视图角度的选择，尺寸、尺寸公差与配合注法，形位公差、基准与表面粗糙度注法，剖视图绘制规范，MBD装配模型中零部件序号编排方法，零部件明细表绘制规范；(3)MBD工艺与工装表达标准，包括机械加工零件的金属切削工艺及其符号、参数表达规范，定位装夹方式及其符号表达规范。4.如权利要求2所述的基于MBD的汽车典型机加工零件三维工艺设计方法，其特征在于，步骤六中，具体包括：首先，创建基于多属性重要性加权的模糊c-均值WAFCM加工元聚类的数学模型；基于特征信息规则库和特征加工规则库生成的n个加工元，定义为待聚类分析的n个样本数据集典型模糊c-均值聚类分析是按照X中的n个加工元所对应的加工属性的相似性，将x1,x2,…,xn划分为c个模糊子集，定义模糊子集为特征对应的工序集合V＝{v1,v2,…,vc}，为模糊聚类的簇心；接着，根据步骤五所述的加工元的加工属性分类，定义数据集X中的每个样本包含p个加工属性，记为n个加工元的属性矢量；则WAFCM加工元聚类算法，第k个样本点记作xk＝(x1k,x2k,…,xpk),k∈{1,2,…,n}；加工元簇心记为vi＝(vi1,vi2,…,vip),i∈{1,2,…,c}；计算每一个聚类样本的不同加工属性所定义的信息对整体聚类的影响程度，对每一个加工属性赋权值W，若加工属性对样本聚类起到积极作用，则赋予较大的权重，反之则赋予较小的权重；然后，定义模糊隶属度矩阵U＝[uijk]∈R，i＝1,2,…,c；j＝1,2,…,p；k＝1,2,…,n，并建立表示加工元样本数据点与工序聚类簇心之间加权相似度的目标函数；在模糊c-均值聚类的基础上对加工属性进行属性加权，得到修正后的WAFCM算法的目标函数Jm：式中uijk表示聚类加工元样本点xk在加工属性j上隶属于第vi个工序的隶属程度，反映样本点与簇心的相似程度，若接近1，表示属于此簇心的程度高，若接近0，表示属于此簇心的程度低；m代表加权指数，m∈(1，+∞)，取m＝2；接着，根据聚类准则，在目标函数约束条件下，寻求最佳(U,V,W)，使得Jm(U,V,W)最小；分别求Jm(U,V,W)对U、V、W的偏微分，运用拉格朗日(Lagrange)乘数法，并根据约束条件求得使Jm(U,V,W)最小的uijk、vij、wj值，如式最后，对WAFCM聚类算法进行求解；1)，确定算法的输入变量，包括加工元数据集X、属性矢量P、聚类数量c、加权指数m、迭代阈值ε、最大迭代次数T，设置迭代计数器t＝0；2)，标准化数据集X，初始化隶属度矩阵U(0)，满足限制条件并设置初始属性加权赋值矩阵W(0)，令各项初值均为wj＝1/p，p为加工元属性数量；3)，根据公式uijk、vij、wj不断更新隶属度矩阵U(t)＝[uijk]t，原型矩阵V(t)＝[vij]t，属性权重矩阵W(t)＝[wj]t；4)，当t＝T或||Jt-Jt-1||≤ε时，累加计算加工元样本基于每个加权属性的隶属度，得到加工元样本的隶属度用于工序分...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐劲力，刘小磊，黄丰云，陈春晓，牛强强，贾冰，余千，刘伟腾，曾凡琮，徐维，朱继伟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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