一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法技术

本发明专利技术属于计算机辅助工艺规划领域，特别是一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法,它通过零件三维模型的分割和布尔运算等操作，将切削体直接分解为工序切削体，进而快速准确的生成轴类零件三维工序模型，以克服现有技术中分割与组合算法复杂，操作步骤繁琐，效率低下，准确度不高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法
本专利技术属于计算机辅助工艺规划领域，特别是一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法。
技术介绍
在机械加工(简称“机加”)领域，三维CAD和CAM系统已经在工程中得到广泛应用，但与之相比，大多数CAPP系统仍然停留在二维图纸为主、三维模型为辅的情况，导致CAD与CAM信息脱节，成为制约三维CAD/CAPP/CAM集成的瓶颈。工序模型是每道加工工序完成后所形成的中间模型，能够反映零件几何结构的加工演变状态。以三维工序模型作为机加工艺信息载体，能够直观、高效地辅助工艺人员进行工艺规划和指导加工生产。因此，准确、快速的创建三维工序模型成为解决这一问题的关键。体分解法以三维实体模型的分割和布尔运算为基础，通过毛坯模型与零件设计模型的布尔减运算，获取实际加工过程中将要切除掉的体积(称作“切削体”)，然后通过分割、组合等操作，将切削体分解成为能够映射加工特征的工序切削体(每道工序中切除的体积)，最终通过毛坯模型与工序切削体的依次布尔减运算，实现工序模型的生成。现有的基于体分解的三维工序模型生成方法，分割面选择算法大多数忽略了设计模型中所蕴含的信息，只以切削体为研究对象，但完整的切削体中不含有任何加工信息，从而导致分割结果与模型相关性不强、甚至产生大量无意义的分割。并且现有方法分割产生的单元体在实际加工中不能给出合理的加工解释，需要后续通过布尔运算对其进行组合操作，才能获得工序切削体，然而组合结果的理想程度通常与算法复杂度成正比，对于较复杂特征的加工解释甚至出现“组合爆炸”的问题。另外，现有方法通用性不强，针对轴类零件目前没有准确、高效的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成的方法，通过零件三维模型的分割和布尔运算等操作，将切削体直接分解为工序切削体，进而快速准确的生成轴类零件三维工序模型，以克服现有技术中分割与组合算法复杂，操作步骤繁琐，效率低下，准确度不高的问题。为实现以上目标，本专利技术的技术方案是：一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法，其特征是：1)至少包括轴类零件三维设计特征模型，和该零件模型对应的毛坯模型；2)通过对零件三维设计特征模型进行预处理，得到候选分割面序列和各主加工面的加工方法链；3)将零件设计特征模型与毛坯模型进行布尔减运算，得到切削体；4)通过映射分割操作，将切削体分割为工序切削体；5)通过加工特征映射操作，将工序切削体映射为加工特征，再通过排序、布尔运算等操作，实现工序模型的生成。所述的轴类零件三维设计特征模型包含该零件的三维设计模型、模型中的各设计特征和特征面的几何拓扑信息及表面加工质量要求等制造信息；毛坯模型可由用户直接提供，也可由系统通过建立包络体的方式自动生成；所述的对零件设计特征模型进行预处理包含候选分割面序列的生成和各特征主加工面加工方法链的生成两部分。首先结合设计特征库，从零件模型中提取出各设计特征及特征组成面的几何拓扑和加工要求等信息；然后分别利用分割面、截止面选择规则和加工方法链生成规则，生成候选分割面序列和各特征主加工面的加工方法链；所述的候选分割面序列是多个分割面-截止面对的有向序列。每个分割面-截止面对包含1个分割面以及0到多个截止面，分割面用来分割切削体，以模拟实际加工过程中的切削操作，截止面用来限定该分割面的分割范围。分割面-截止面对中的各面来自于设计特征面，从零件模型中逐个提取设计特征，根据该特征的类型、尺寸、拓扑关系等信息，按照分割面选取规则，生成该特征的分割面-截止面对。然后按规则将其排序，对于同一分割面对应多组截止面的情况，应将各组截止面的限定范围合并，即求出多个范围的并集，得到新的限定范围，并更新序列，最终得到候选分割面、截止面序列；所述的加工方法链是根据特征主加工面的加工要求，为其选择合适的加工方法和加工顺序，得到的一组加工方法有向序列。主加工面指该特征在加工过程中首先要考虑成型的表面，以及整个零件的重要工作面和设计基准面等决定零件质量的表面。根据每个主加工面的形状、尺寸、拓扑关系和加工要求等信息，从加工方法链模板库中为其选择生成加工方法链；所述的将零件设计特征模型与毛坯模型进行布尔减运算可在包括但不限于UG、Pro/E、CATIA、SolidWorks等三维实体建模软件中，通过布尔运算指令实现。得到的切削体即为实际加工中要切除的体积；所述的通过映射分割操作，将切削体分割为工序切削体的过程包含分割面映射、去除无效分割面和依次分割等操作。首先将来自于设计模型的候选分割面序列中的所有面映射到切削体中，形成切削体中的分割面序列，即分割面映射；然后依次检测映射后的每个分割面在其截止面组所限定的分割范围内有没有产生有效分割，将没有产生分割的分割面从序列中去除，即得到切削体中的分割面序列；最后用其按序依次分割切削体，得到的各个实体即为工序切削体；所述的加工特征映射操作，是将各工序切削体与加工工艺信息相关联，从而得到具有合理加工解释的工序切削体，即加工特征。具体操作如下：工序切削体的组成面包括毛坯面、特征接触面和分割截面三种，从各工序切削体的组成面中提取出特征接触面，并将其映射到零件模型中，如果特征接触面所对应的零件面为主加工面，则将此主加工面的加工方法链与该工序切削体匹配，实现加工特征的映射；所述的工序模型生成，是指将各加工特征按照其映射关系中的主加工面的顺序进行排序，得到加工特征序列，然后将毛坯模型依次与序列中各加工特征所对应的工序切削体进行布尔减操作，实现工序模型的生成。本专利技术的优点是：(1)从设计特征面中选择出候选分割面，能有效利用设计模型中的信息，解决了分割操作与设计模型之间存在的信息断层问题；(2)截止面的设定，能够保证将切削体直接分割为工序切削体，减少了大量无意义的分割，从而避免了因分割粒度过小而产生大量无加工意义的单元体、以及对单元体的布尔组合操作，在降低算法复杂度的同时提升了准确度和效率；(3)主加工面的设定，避免了对工艺规划过程无利用价值的次加工面产生的干扰，从而简化操作流程，提升效率；(4)根据企业实际生产状况，预先建立加工方法链模板库，从而实现加工方法链的快速选择，在提升效率的同时，实现了工艺知识的固化，方便工艺知识的采集、利用及传播；(5)将主加工面作为加工工艺信息传递的载体，进行工序切削体与加工特征的关联映射，降低加工特征映射时的匹配难度。附图说明下面结合实施例及附图对本专利技术实施过程进行说明：图1是本专利技术一种轴类机加工零件实施例的三维工序模型自动生成方法流程说明图；图2是实施例所采用的轴类零件模型图；图3是零件模型预处理时提取的各设计特征和特征面示意图；图4是候选分割面序列生成方法流程图；图5是生成的候选分割面示意图；图6是孔类设计特征内圆面的加工方法链模板；图7是切削体生成过程示意图；图8是映射分割操作的方法流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法，其特征是：/n1)输入轴类零件三维设计特征模型，和该零件模型对应的毛坯模型；/n2)通过对零件三维设计特征模型进行预处理，得到候选分割面、截止面序列和各主加工面的加工方法链；/n3)将零件设计特征模型与毛坯模型进行布尔减运算，得到切削体；/n4)对切削体执行映射分割操作，得到各工序切削体；/n5)通过加工特征映射操作，将工序切削体映射为加工特征，再通过排序、布尔运算等操作，实现工序模型的生成。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴类机加工零件三维工序模型自动生成方法，其特征是：
1)输入轴类零件三维设计特征模型，和该零件模型对应的毛坯模型；
2)通过对零件三维设计特征模型进行预处理，得到候选分割面、截止面序列和各主加工面的加工方法链；
3)将零件设计特征模型与毛坯模型进行布尔减运算，得到切削体；
4)对切削体执行映射分割操作，得到各工序切削体；
5)通过加工特征映射操作，将工序切削体映射为加工特征，再通过排序、布尔运算等操作，实现工序模型的生成。


2.根据权利要求1所述的轴类机加工零件三维工序模型的生成方法，其特征是：所述的步骤1)轴类零件设计特征模型至少包含该零件的三维设计模型、模型中的各设计特征和特征面的几何拓扑信息及表面加工质量要求制造信息。


3.根据权利要求1所述的轴类机加工零件三维工序模型的生成方法，其特征是：所述的步骤2)对零件设计特征模型进行预处理至少包括：候选分割面-截止面序列的生成和各特征主加工面加工方法链的生成两部分：
首先结合设计特征库，从零件模型中提取出各设计特征及特征组成面的几何拓扑和加工要求信息；
然后分别利用分割面、截止面选择规则和加工方法链生成规则，生成候选分割面序列和各主加工面的加工方法链。


4.根据权利要求3所述的轴类机加工零件三维工序模型的生成方法，其特征是：所述的步骤2)候选分割面序列是多个分割面-截止面对的有向序列；
每个分割面-截止面对包含1个分割面以及0到多个截止面，分割面用来分割切削体，以模拟实际加工过程中的切削操作；截止面用来限定该分割面的分割范围；分割面-截止面对中的各面来自于设计特征面。


5.根据权利要求3所述的轴类机加工零件三维工序模型的生成方法，其特征是：所述的步骤2)候选分割面序列生成过程包括：
从步骤100开始进入后依次执行步骤101，提取设计特征列表中的下一个设计特征；执行步骤102，设计特征是否为空(即是否所有设计特征都已经处理完毕)，不为空，转步骤103，为该设计特征生成分割面-截止面对，并存入分割面-截止面组；为空，则继续执行以下步骤：步骤104，分割面-截止面组中存在的同一分割面对应多组截止面的情况执行合并去冗余操作；步骤105，对所有特征面进行排序，并按此顺序将候选分割面排序，生成候选分割面序列；步骤106，结束。


6.根据权利要求3所述的轴类机加工零件三维工序模型的生成方法，其特征是：所述的步骤2)加工方法链是根据特征主加工面的加工要求，为其选择合适的加工方法和加工顺序，得到的一组加工方法有向序列。主加工面指该特征在加工过程中首先要考虑成型的表面，以及作为整个零件的重要工作面和设计基准面决定零件质量的表面。
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张贺，邵晓东，何东，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61