基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法

专利名称：基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法
技术领域：
本发明涉及一种CAD(计算机辅助设计)和CAM(计算机辅助制造)集成技术。
背景技术：
CAD/CAM及其相关技术从一开始是各自独立出现、平行发展的，产品的设计和制造 阶段都采用了独立的系统进行产品建模，形成了设计与制造的“自动化孤岛”。实际上，CAD 和CAM及其相关技术从技术上和应用上都是密切相关的，CAD与CAM的有效集成一直就是 人们努力的一个重要方向。特征技术的产生，为实现CAD/CAM集成提供了有效途径。近20 年来，出现了从设计特征模型向加工特征模型的多种特征转换方法，但这些方法存在转换 结果不理想或转换算法不够健壮等问题。此外，由于零件的复杂多样性和CAPP(计算机辅 助工艺规划)的高度复杂性，在CAPP领域至今尚未有一个普遍适用的标准出现，虽然有些 方法考虑了多种加工解释问题，但缺乏用户交互手段，完全自动的特征模型转换过程导致 难以获得理想的转换结果。

发明内容
本发明的目的在于提供一种通过计算机有效地实现基于中间模型将设计特征模 型向加工特征模型转换的方法，该方法可以大大提高产品生命周期中设计和生产阶段的效率。为了达到上述目的，本发明的技术方案是一种基于中间模型将设计特征模型向 加工特征模型转换的方法，通过计算机获得设计特征模型，并实现设计特征模型向中间模 型转换；再由计算机实现中间模型向加工特征模型转换，首先，将设计特征模型向中间模型转换，包括以下步骤，a、根据设计特征模型，按照加入设计特征的顺序逐步生成若干个基本的最大加工 体，并把这些基本的最大加工体加入到中间模型中；b、为每个基本的最大加工体建立加工参数，并把每个基本的最大加工体的加工参 数加入到中间模型中；C、对中间模型中的基本的最大加工体执行合并过程，为该合并过程中新生成的最 大加工体建立加工参数，并将合并过程中新生成的最大加工体及其参数加入到中间模型 中，使得中间模型由所有的基本的最大加工体和新生成的最大加工体以及它们对应的加工 参数构成；然后，将中间模型向加工特征模型转换，包括以下步骤，d、根据加工优先规则的规定，按照优先程度从高到低的顺序对中间模型中的每个 基本的最大加工体和每个合并后新生成的最大加工体进行排序，并从排序后的所有的基本 的最大加工体和合并后新生成的最大加工体中获得若干个高优先程度的基本的最大加工 体或合并后新生成的最大加工体构成优先最大加工体集；e、由人机界面从优先最大加工体集中确认一个最优的最大加工体，并从中间模型中取出最优的最大加工体的加工参数，然后把优先最大加工体集中除了最优的最大加工体 以外的其它的最大加工体重新加入到中间模型中；f、把最优的最大加工体及其加工参数加入到加工特征模型，并根据最优的最大加 工体更新中间模型用中间模型中的每个基本的最大加工体和每个合并过程中新生成的最 大加工体依次与最优的最大加工体做布尔减运算，在这个过程中，如果某个基本的最大加 工体或某个合并过程中新生成的最大加工体与最优的最大加工体做布尔减运算后已经不 存在，则删除该基本的最大加工体或该合并过程中新生成的最大加工体对应的加工参数， 如果某个基本的最大加工体或某个合并过程中新生成的最大加工体与最优的最大加工体 做布尔减运算后体积变小，则重新计算该基本的最大加工体或该合并过程中新生成的最大 加工体的加工参数；g、重复d、e、f步骤，直至中间模型为空。所述基本的最大加工体和所述合并过程中新生成的最大加工体是指在不考虑对 零件其它加工特征的加工过程的情况下，在毛坯上加工生成一个加工特征时，根据选定的 加工方式能够在毛坯中一次性去除的最大体积的材料体，该材料体能够满足特定的加工特 征的要求。所述a、根据设计特征模型，按照加入设计特征的顺序逐步生成若干个基本的最大 加工体，并把这些基本的最大加工体加入到中间模型中的过程为设计特征为负特征时，把设计特征的特征体向毛坯面延伸后得到基本的最大加工 体；设计特征为倒角或圆角特征时，直接把设计特征的特征体作为基本的最大加工 体；设计特征为正特征时，首先在中间模型中找出所有与设计特征的特征体相交的基 本的最大加工体，然后依次用这些基本的最大加工体与设计特征的特征体做布尔减运算， 产生若干剩余体，最后根据设计特征传递到这些剩余体中的面来依次分割这些剩余体，从 而生成一个或多个新的基本的最大加工体加入到中间模型中，原与设计特征的特征体做布 尔减运算后发生变化且产生了剩余体的基本的最大加工体不再存在。所述b、为每个基本的最大加工体建立加工参数，并把每个基本的最大加工体的加 工参数加入到中间模型中的过程为对于每个基本的最大加工体，首先从基本的最大加工体中找到所有来源于毛坯的 实面，构成第一集合，对于第一集合中每个实面，以实面为刀具访问面，实面的法向的反向 为加工方向，根据预先定义的加工类型判别规则判断基本的最大加工体的加工类型，如果 基本的最大加工体是一个合法的加工类型，则把实面、实面的法向的反向，连同判别出的加 工类型作为基本的最大加工体的加工参数加入到中间模型中；然后从基本的最大加工体中 找到所有不是来源于毛坯的实面，构成第二集合，对于第二集合中每个实面，若基本的最大 加工体中不存在与实面平行的毛坯面，则对实面沿其法向反向平移构造一个虚面，使得虚 面与基本的最大加工体相切，此时如果以虚面为刀具访问面，虚面的法向为加工方向，根据 预先定义的加工类型判别规则判断出基本的最大加工体满足某个加工类型的定义，则把虚 面、实面的法向，连同判别出的加工类型作为基本的最大加工体的加工参数加入到中间模 型中。
所述C、对中间模型中的基本的最大加工体执行合并过程，为该合并过程中新生成 的最大加工体建立加工参数，并将合并过程中新生成的最大加工体及其参数加入到中间模 型中；使得中间模型由所有的基本的最大加工体和新生成的最大加工体以及它们对应的加 工参数构成的过程为按基本的最大加工体的来源特征类型分类处理，对于所有来源于正特征或负特征的基本的最大加工体，首先根据设计特征的加入 顺序、加工类型的判断和相同加工方向上刀具访问面的邻接关系进行合并，合并时采用贪 婪算法原理，尽可能地使合并后的新生成的最大加工体体积最大，然后为新生成的最大加 工体计算加工参数，最后把新生成的最大加工体连同其加工参数一起加入到中间模型中；对于所有来源于凸边圆角或倒角特征的基本的最大加工体不做处理；对于任意一个来源于凹边圆角或倒角特征的基本的最大加工体，首先，在设计特 征模型中找到基本的最大加工体的来源特征的引用特征，然后，把基本的最大加工体与对 应的中间模型中所有来源于引用特征的基本的最大加工体合并，最后，从中间模型中删除 基本的最大加工体的加工参数。所述加工优先规则分为基于几何属性和基于加工特征类型两种类型a)基于几何属性的优先规则加工访问方向垂直于毛坯面的优先；一次加工体积大的优先；刀具访问面面积大的优先；
与当前加工方向一致的优先。b)基于加工特征类型的优先规则外切削环优先于台阶；孔、台阶和槽优先于腔；凸圆角后处理；斜铣面后处理。本发明通过计算机获得设计特征模型，并实现设计特征模型向中间模型转换；再 由计算机实现中间模型向加工特征模型转换，而且在中间模型向加工特征模型转换过程中 提供了人机交互界面，从而使得将设计特征模型转换为加工特征模型后可以获得更加合理 的加工特征。该发明应用于CAD/CAM集成中，能够通过计算机实现用户交互，大大提高了产 品的设计和生产的效率，有效地缩短了产品开发周期和降低了生产成本。


图1是本发明中加入正特征时生成的基本的最大加工体和合并过程中新生成的 最大加工体示例；图2是本发明中加入负特征时生成的基本的最大加工体和合并过程中新生成的 最大加工体示例；图3是本发明中基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法的流 程图；图4是本发明中加入正特征后切割剩余体生成基本的最大加工体的方法示例；
图5是本发明中中间模型向加工特征模型的一次转换过程的示意图；图6是一个包含14个特征的设计特征模型；图7是根据设计特征加入的顺序，使用本发明把图6中的设计特征模型向中间模 型转换过程中生成的基本的最大加工体；图8是使用本发明在图7中所示vl方向上对图7中的基本的最大加工体合并时， 建立的刀具访问面相交关系图和合并过程中新生成的最大加工体；图9是使用本发明在图7中所示v5方向上对图7中的基本的最大加工体合并时， 建立的刀具访问面相交关系图和合并过程中新生成的最大加工体；图10是使用本发明对图7中来源于圆角特征的基本的最大加工体合并过程中新 生成的最大加工体；图11是一个设计特征模型；图12是对图11中的设计特征模型加工时拟采用的毛坯形状；图13是根据设计特征加入的顺序，使用本发明把图11中的设计特征模型向中间 模型转换过程中生成的基本的最大加工体和合并过程中新生成的最大加工体；图14是根据图13中的基本的最大加工体和合并过程中新生成的最大加工体，使 用本发明把图11中的设计特征模型向加工特征模型转换过程中生成的一种加工解释序 列。
具体实施例方式以下按照附图，对本发明作进一步说明如图3所示，一种基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法，其 特征在于通过计算机获得设计特征模型DFM，并实现设计特征模型DFM向中间模型IM转 换；再由计算机实现中间模型IM向加工特征模型MFM转换，首先，将设计特征模型DFM向中间模型IM转换，包括以下步骤，a、根据设计特征模型DFM，按照加入设计特征的顺序逐步生成若干个基本的最大 加工体M1，并把这些基本的最大加工体Ml加入到中间模型IM中；b、为每个基本的最大加工体Ml建立加工参数，并把每个基本的最大加工体Ml的 加工参数加入到中间模型IM中；C、对中间模型IM中的基本的最大加工体Ml执行合并过程，为该合并过程中新生 成的最大加工体M2建立加工参数，并将合并过程中新生成的最大加工体M2及其参数加入 到中间模型IM中，使得中间模型IM由所有的基本的最大加工体Ml和新生成的最大加工体 M2以及它们对应的加工参数构成；然后，将中间模型IM向加工特征模型MFM转换，包括以下步骤，d、根据加工优先规则的规定，按照优先程度从高到低的顺序对中间模型IM中的 每个基本的最大加工体Ml和每个合并后新生成的最大加工体M2进行排序，并从排序后的 所有的基本的最大加工体Ml和合并后新生成的最大加工体M2中获得若干个高优先程度的 基本的最大加工体Ml或合并后新生成的最大加工体M2构成优先最大加工体集MS ；e、由人机界面从优先最大加工体集MS中确认一个最优的最大加工体M3，并从中 间模型IM中取出最优的最大加工体M3的加工参数，然后把优先最大加工体集MS中除了最优的最大加工体M3以外的其它的最大加工体重新加入到中间模型IM中；f、把最优的最大加工体M3及其加工参数加入到加工特征模型MFM，并根据最优的 最大加工体M3更新中间模型IM 用中间模型IM中的每个基本的最大加工体Ml和每个合 并过程中新生成的最大加工体M2依次与最优的最大加工体M3做布尔减运算，在这个过程 中，如果某个基本的最大加工体Ml或某个合并过程中新生成的最大加工体M2与最优的最 大加工体M3做布尔减运算后已经不存在，则删除该基本的最大加工体Ml或该合并过程中 新生成的最大加工体M2对应的加工参数，如果某个基本的最大加工体Ml或某个合并过程 中新生成的最大加工体M2与最优的最大加工体M3做布尔减运算后体积变小，则重新计算 该基本的最大加工体Ml或该合并过程中新生成的最大加工体M2的加工参数；g、重复d、e、f步骤，直至中间模型IM为空。所述基本的最大加工体Ml和所述合并过程中新生成的最大加工体M2是指在不考 虑对零件其它加工特征的加工过程的情况下，在毛坯上加工生成一个加工特征时，根据选 定的加工方式能够在毛坯中一次性去除的最大体积的材料体，该材料体能够满足特定的加 工特征的要求。如图1和图2所示，分别给出了加入正特征和负特征时生成的基本的最大加工体 和合并过程中新生成的最大加工体示例。图1(a)中的设计特征模型模型由2个正特征构 成，图1(b)是毛坯。假定第1个凸台已经设计并处理完成，现在加入第2个凸台。此时存 在两种加工方式第一种是作为4个台阶进行加工，则可以得到如图1(d)所示的4个基本 的最大加工体；第二种是把该凸台作为一个完整的外切削环进行加工，则对如图1(d)所示 的4个基本的最大加工体进行合并可以得到合并过程中新生成的最大加工体，如图1(c)所 示。图2(a)中的设计特征模型由5个设计特征构成，其中第4和第5个设计特征分别是盲 孔特征和通孔特征(负特征)，图2(b)是毛坯。假定第1-3个设计特征已经设计并处理完 成，分别加入第4和第5个设计特征后，把它们向毛坯面延伸，可以得到如图2(c)所示的2 个基本的最大加工体。所述a、根据设计特征模型DFM，按照加入设计特征的顺序逐步生成若干个基本的 最大加工体M1，并把这些基本的最大加工体Ml加入到中间模型IM中的过程为设计特征为负特征时，把设计特征的特征体向毛坯面延伸后得到基本的最大加工 体Ml ；设计特征为倒角或圆角特征时，直接把设计特征的特征体作为基本的最大加工体 Ml ；设计特征为正特征时(假设该正特征为Feat)，首先在中间模型IM中找出所有与 Feat的特征体相交的基本的最大加工体Ml，然后依次用这些基本的最大加工体Ml与Feat 的特征体做布尔减运算，产生若干剩余体，最后根据Feat传递到这些剩余体中的面来依次 分割这些剩余体，从而生成一个或多个新的基本的最大加工体Ml加入到中间模型IM中，原 与Feat的特征体做布尔减运算后发生变化且产生了剩余体的基本的最大加工体Ml不再存 在。分割一个剩余体的方法为首先，在该剩余体中找到所有来源于Feat的实面f ；其 次，对于任意一个来源于Feat的实面f，把实面f延伸至毛坯面或最近的一个阻挡面上；第 三，以实面f为基面，沿实面f的法向的反向进行拉伸操作，直至到达剩余体外，从而生成一个几何体(假设该几何体为B)；最后把B与该剩余体做布尔交运算，从而得到一个基本的 最大加工体。图4是加入正特征后切割剩余体生成基本的最大加工体的方法示例。所述b、为每个基本的最大加工体Ml建立加工参数，并把每个基本的最大加工体 Ml的加工参数加入到中间模型IM中的过程为对于每个基本的最大加工体M1，首先从基本的最大加工体Ml中找到所有来源于 毛坯的实面，构成第一集合RS，对于第一集合RS中每个实面f，以实面f为刀具访问面，实 面f的法向的反向为加工方向，根据预先定义的加工类型判别规则判断基本的最大加工体 Ml的加工类型，如果基本的最大加工体Ml是一个合法的加工类型，则把实面f、实面f的法 向的反向，连同判别出的加工类型作为基本的最大加工体Ml的加工参数加入到中间模型 IM中；然后从基本的最大加工体Ml中找到所有不是来源于毛坯的实面，构成第二集合FS， 对于第二集合FS中每个实面f，若基本的最大加工体Ml中不存在与实面f平行的毛坯面， 则对实面f沿其法向反向平移构造一个虚面vf，使得虚面vf与基本的最大加工体Ml相切， 此时如果以虚面vf为刀具访问面，虚面vf的法向为加工方向，根据预先定义的加工类型判 别规则判断出基本的最大加工体Ml满足某个加工类型的定义，则把虚面vf、实面f的法向， 连同判别出的加工类型作为基本的最大加工体Ml的加工参数加入到中间模型IM中。加工类型判定方法基于一系列预先定义的针对边界模式的判定规则。例如，假定 有一个基本的最大加工体M1，其指定的刀具访问面为Af，加工方向与Af的法向相反，对外 切削环可以采用如下判别规则· Af为毛坯面； 存在至少两个实面不是毛坯面，假设这些实面构成实面集fs ；· f s中的实面顺次相邻且垂直； 对于f s中任意两个实面，沿Af法向的反向看去，按逆时针顺序设两个实面的法 向为vl和v2，则v2与vl的叉乘与Af的法向一致；· Af与f s中的任一个实面相邻。· Af与f s中的任一个实面垂直。由于一个基本的最大加工体Ml或合并过程中新生成的最大加工体M2可能存在多 种加工方式，相应地就可能存在多组加工参数，为了满足多种加工解释的要求，该过程需要 获得所有满足条件的加工参数组。所述C、对中间模型IM中的基本的最大加工体Ml执行合并过程，为该合并过程中 新生成的最大加工体M2建立加工参数，并将合并过程中新生成的最大加工体M2及其参数 加入到中间模型IM中；中间模型IM由所有的基本的最大加工体Ml和新生成的最大加工体 M2以及它们对应的加工参数构成的过程为按基本的最大加工体Ml的来源特征类型分类处理，对于所有来源于正特征或负特征的基本的最大加工体M1，首先根据设计特征的加 入顺序、加工类型的判断和相同加工方向上刀具访问面的邻接关系进行合并，合并时采用 贪婪算法原理，尽可能地使合并后的新生成的最大加工体M2体积最大，然后为新生成的最 大加工体M2计算加工参数，最后把新生成的最大加工体M2连同其加工参数一起加入到中 间模型IM中；对于所有来源于凸边圆角或倒角特征的基本的最大加工体Ml不做处理；
对于任意一个来源于凹边圆角或倒角特征的基本的最大加工体M1，首先，在设计 特征模型DFM中找到基本的最大加工体Ml的来源特征的引用特征RF，然后，把基本的最大 加工体Ml与对应的中间模型IM中所有来源于引用特征RF的基本的最大加工体Ml合并， 最后，从中间模型IM中删除基本的最大加工体Ml的加工参数。对于来源于正特征或负特征的基本的最大加工体Ml进行合并时，本发明提出了 一种称之为刀具访问面相交关系图(Tool Approach Face IntersectingGraph, TAFIG)的 图结构来存储所有来源于相同毛坯面的刀具访问面间的相交关系。TAFIG中的结点存储刀 具访问面和对应的基本的最大加工体M1，无向弧表示两个基本的最大加工体Ml的刀具访 问面之间存在相交关系。合并基本的最大加工体Ml时，根据对TAFIG中每个最大连接子图 的遍历和搜索，结合对基本的最大加工体Ml的适当切割和加工类型判别依次实现基本的 最大加工体Ml的合并过程。来源于正(负)特征的基本的最大加工体Ml的合并方法合并时从一个毛坯面出发，根据设计特征加入的顺序依次完成合并过程，所有毛 坯面都处理完成后，合并过程结束。由于对来源于正特征或负特征的基本的最大加工体Ml 的合并方法相同，下面仅介绍从一个毛坯面HgSSbfn)和一个设计特征(假设为F)出 发，合并来源于正特征的基本的最大加工体Ml的方法。合并算法开始前，首先建立刀具访 问面相交关系图(ToolApproach Face Intersecting Graph，TAFIG)，然后基于 TAFIG 完成 基本的最大加工体Ml的合并过程。建立TAFIG建立TAFIG的步骤为首先，获得所有由F的后续相交特征导致产生的、其刀具访 问面来源于bfn的基本的最大加工体M1，构成基本的最大加工体集(假设该基本的最大加 工体集为BMS)，并为每个基本的最大加工体Ml在TAF相交关系图中建立一个结点；然后， 对于BMS中任意一对基本的最大加工体Ml的刀具访问面，如果它们相交，则在TAFIG中增 加一条无向弧。合并算法TAFIG可能由若干个最大连接子图构成，根据每个最大连接子图依次实现基本的 最大加工体Ml的合并过程。不失一般性，假定TAFIG仅包含唯一一个最大连接子图。合并 算法的详细步骤为步骤1 从TAFIG中任选一个结点为起始结点(假设该结点用a表示)，并在TAFIG 中找到所有与a直接相连的结点，构成结点集合；步骤2 以a关联的基本的最大加工体Ml为基础，结合对a关联的基本的最大加 工体Ml的适当切割和加工类型判别在TAFIG中进行搜索，依次与搜索到的结点关联的基本 的最大加工体Ml进行尝试性地合并，产生若干临时合并体；步骤3 对于每个临时合并体，首先找到合并为该临时合并体前的基本的最大加 工体Ml所关联的结点，在TAFIG中取出所有与这些结点有相交关系并且尚未被合并入该临 时合并体中的结点，结合加工类型判别，依次与搜索到的结点关联的基本的最大加工体Ml 进行尝试性地合并。在此过程中，如果能够产生比该临时合并体体积更大的临时合并体，则 用新的体积更大的临时合并体替换原来的临时合并体。步骤4:重复步骤3，直到所有的临时合并体体不再发生变化，此时所有临时合并
11体就是合并后新产生的最大加工体M2 ；步骤5 为所有合并后新产生的最大加工体M2计算相应的加工参数，并把合并后 新产生的最大加工体M2及其参数加入中间模型IM中；步骤6 从TAFIG中删除a及其关联的相交关系后转步骤1继续执行，直至TAFIG为空。在综合考虑刀具类型、夹具类型和工艺规划人员的经验等各种因素的基础上，本 发明制订了一系列加工优先规则，这些加工优先规则分为基于几何属性和基于加工特征类 型两种类型a)基于几何属性的优先规则· GRl 加工访问方向垂直于毛坯面的优先；· GR2 一次加工体积大的优先；· GR3 刀具访问面面积大的优先；· GR4 与当前加工方向一致的优先。b)基于加工特征类型的优先规则· FRl 外切削环优先于台阶；· FR2 孔、台阶和槽优先于腔； FR3:凸圆角后处理； FR4:斜铣面后处理。中间模型IM向加工特征模型MFM的逐步转换该过程根据既定的加工优先规则，在用户的交互参与下，对中间模型IM中的基本 的最大加工体Ml和合并后新生成的最大加工体M2给出合理的加工解释，生成加工特征模 型 MFM。中间模型IM向加工特征模型MFM的转换过程，实际上是对中间模型IM中的基本 的最大加工体Ml和合并后新生成的最大加工体M2逐步给出合理的加工解释的过程，中间 模型IM向加工特征模型MFM的一次转换过程如图5所示。首先，系统根据加工优先规则和 用户设置的范围参数从中间模型IM中选择所有符合条件的基本的最大加工体Ml和合并后 新生成的最大加工体M2 ；然后系统建议一个最优的基本的最大加工体Ml或合并后新生成 的最大加工体M2，即最优的最大加工体M3，用户确认或重新选择一个最优的最大加工体M3 后加入到加工特征模型MFM中；最后更新中间模型IM0下面通过实例分析设计特征模型向加工特征模型的转换过程。实施例一图6中的设计特征模型DFM由14个设计特征构成，根据设计特征加入的顺序，第 1 2个设计特征为正特征，第3 8个设计特征为负特征，第9 14个设计特征为凹边圆 角特征。在图6中标注了第1 8个设计特征(假设编号分别为Fl F8)，第9 14个特 征位于F7和F8的6个凹边上。算法开始时，设计特征模型DFM为空，以毛坯体作为初始的基本的最大加工体(假 设该初始的基本的最大加工体Bi)，其6个加工方向分别以vl v6表示，如图7(a)所示。 图6中第1个特征Fl是凸台特征(正特征)，加入该特征并把Bl与Fl的特征体做布尔减 操作后，得到的剩余体中只有一个实面来自F1，从而得到另一个基本的最大加工体B2，Bl不再存在，如图7(b)所示。F2与Fl相交，且与Fl相关的基本的最大加工体为B2，因而用 B2与F2做布尔减运算，B2不复存在，得到的剩余体中有5个实面来源于F2，根据正特征的 基本的最大加工体的生成方法，将得到如图7(c)所示的5个基本的最大加工体。设计特征 F3-f6是孔特征，根据负特征的基本的最大加工体生成方法，将得到如图7(d)所示的4个 基本的最大加工体。加入设计特征F7和F8后，得到如图7(e)所示的2个基本的最大加工 体。设计特征F9 F14均为凹边圆角特征，通过计算加入圆角特征前后的零件几何模型的 布尔差，得到6个基本的最大加工体，如图7(f)所示。至此，根据特征设计历史共生成了 17 个基本的最大加工体，它们在图7中的编号为B3 B19。对中间模型IM中的基本的最大加工体进行合并时，在如图7(a)中的vl方向上， 根据设计特征加入的顺序和相交关系，可以找到以Vl为加工方向的、与F2相关的8个基本 的最大加工体，编号分别为B3 B6、B8 B11。假定其刀具访问面分别用tl t8表示， 则建立的TAFIG如图8(a)所示。TAFIG由4个子图构成，其中t7和t8是孤立的结点，不需 要执行合并过程，而根据t5和t6构成的子图执行合并过程后，没有生成新的最大加工体。 根据tl t4构成的子图执行合并算法时，得到一个外切削环类型的合并后新生成的最大 加工体B20，如图8(b)所示。在如图7(a)中的v5方向上，根据加入设计特征的顺序和相交关系图，与F7相交 的后续特征为F8，因而找到以v5为加工方向的、与F7和F8相关的2个基本的最大加工体， 编号分别为B12和B13。假定其刀具访问面分别用tl和t2表示，则建立的TAFIG如图9 (a) 所示。TAFIG中只有2个结点，且它们对应基本的最大加工体的刀具访问面存在相交关系。 由于B12比B13高，故合并B12与B13后，用B13的下底面切割合并体后得到如图9 (b)所 示腔类型的合并后新生成的最大加工体，同时B13不再存在。最后，把圆角特征产生的基本的最大加工体的合并入相应的基本的最大加工体 中，如图10所示。最终生成了 12个基本的最大加工体或合并后新生成的最大加工体，编号 分别为B3 B12、B20和B21。从中间模型IM向加工特征模型MFM转换时，根据加工优先规则，合并后新生成的 最大加工体B20首先被选中，用户确认该选项后，对中间模型IM中的剩余的基本的最大加 工体和合并后新生成的最大加工体与B20进行布尔减操作，实现对中间模型IM的更新。中 间模型IM更新完成后，B3、B4、B5和B6将不再存在，B7和BlO将被切除掉一部分。随后， 系统依次自动选择B8 B11、B21、B12，最后加工含有斜面的B7。在这个过程中，用户可以 交互重新选择加工顺序。以上过程得到了一个加工体序列，该序列连同加工参数构成了加 工特征模型MFM。实施例二零件的设计特征模型如图11所示(该模型正反两面对称)。该模型由24个设计 特征构成，包括5个拉伸凸台特征，15个拉伸切除特征和4个圆角特征。毛坯形状如图12所示。按照设计特征加入的顺序将设计特征模型DFM向中间模 型IM转换后，得到的基本的最大加工体和合并后新生成的最大加工体共有21个，编号分别 为Bl B21，如图13所示。表1列出了导致每个基本的最大加工体和合并后新生成的最大 加工体产生或变化的所有设计特征或设计特征序列。表1最大加工体与设计特征的对应关系
将中间模型IM向加工特征模型MFM转换时，以上生成的基本的最大加工体和合 并后新生成的最大加工体存在多种加工解释，不同的加工解释可以生成不同的加工特征模 型。图14描述了一种可能的加工解释序列，图中的ΒΓ Β2Γ表示加工体，它们在转换开 始前用Bl B21初始化，随转换过程进行变动。
权利要求
一种基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法，其特征在于通过计算机获得设计特征模型(DFM)，并实现设计特征模型(DFM)向中间模型(IM)转换；再由计算机实现中间模型(IM)向加工特征模型(MFM)转换，首先，将设计特征模型(DFM)向中间模型(IM)转换，包括以下步骤，a、根据设计特征模型(DFM)，按照加入设计特征的顺序逐步生成若干个基本的最大加工体(M1)，并把这些基本的最大加工体(M1)加入到中间模型(IM)中；b、为每个基本的最大加工体(M1)建立加工参数，并把每个基本的最大加工体(M1)的加工参数加入到中间模型(IM)中；c、对中间模型(IM)中的基本的最大加工体(M1)执行合并过程，为该合并过程中新生成的最大加工体(M2)建立加工参数，并将合并过程中新生成的最大加工体(M2)及其参数加入到中间模型(IM)中，使得中间模型(IM)由所有的基本的最大加工体(M1)和新生成的最大加工体(M2)以及它们对应的加工参数构成；然后，将中间模型(IM)向加工特征模型(MFM)转换，包括以下步骤，d、根据加工优先规则的规定，按照优先程度从高到低的顺序对中间模型(IM)中的每个基本的最大加工体(M1)和每个合并后新生成的最大加工体(M2)进行排序，并从排序后的所有的基本的最大加工体(M1)和合并后新生成的最大加工体(M2)中获得若干个高优先程度的基本的最大加工体(M1)或合并后新生成的最大加工体(M2)构成优先最大加工体集(MS)；e、由人机界面从优先最大加工体集(MS)中确认一个最优的最大加工体(M3)，并从中间模型(IM)中取出最优的最大加工体(M3)的加工参数，然后把优先最大加工体集(MS)中除了最优的最大加工体(M3)以外的其它的最大加工体重新加入到中间模型(IM)中；f、把最优的最大加工体(M3)及其加工参数加入到加工特征模型(MFM)，并根据最优的最大加工体(M3)更新中间模型(IM)用中间模型(IM)中的每个基本的最大加工体(M1)和每个合并过程中新生成的最大加工体(M2)依次与最优的最大加工体(M3)做布尔减运算，在这个过程中，如果某个基本的最大加工体(M1)或某个合并过程中新生成的最大加工体(M2)与最优的最大加工体(M3)做布尔减运算后已经不存在，则删除该基本的最大加工体(M1)或该合并过程中新生成的最大加工体(M2)对应的加工参数，如果某个基本的最大加工体(M1)或某个合并过程中新生成的最大加工体(M2)与最优的最大加工体(M3)做布尔减运算后体积变小，则重新计算该基本的最大加工体(M1)或该合并过程中新生成的最大加工体(M2)的加工参数；g、重复d、e、f步骤，直至中间模型(IM)为空。
2.根据权利要求1所述的基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法， 其特征在于所述基本的最大加工体(Ml)和所述合并过程中新生成的最大加工体(M2)是 指在不考虑对零件其它加工特征的加工过程的情况下，在毛坯上加工生成一个加工特征 时，根据选定的加工方式能够在毛坯中一次性去除的最大体积的材料体，该材料体能够满 足特定的加工特征的要求。
3.根据权利要求1所述的基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法， 其特征在于所述步骤a、根据设计特征模型(DFM)，按照加入设计特征的顺序逐步生成若 干个基本的最大加工体(Ml)，并把这些基本的最大加工体(Ml)加入到中间模型(IM)中的过程为设计特征为负特征时，把设计特征的特征体向毛坯面延伸后得到基本的最大加工体 (Ml)；设计特征为倒角或圆角特征时，直接把设计特征的特征体作为基本的最大加工体 (Ml)；设计特征为正特征时，首先在中间模型(IM)中找出所有与设计特征的特征体相交的 基本的最大加工体(Ml)，然后依次用这些基本的最大加工体(Ml)与设计特征的特征体做 布尔减运算，产生若干剩余体，最后根据设计特征传递到这些剩余体中的面来依次分割这 些剩余体，从而生成一个或多个新的基本的最大加工体(Ml)加入到中间模型(IM)中，原与 设计特征的特征体做布尔减运算后发生变化且产生了剩余体的基本的最大加工体(Ml)不 再存在。
4.根据权利要求1所述的基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法， 其特征在于所述步骤b、为每个基本的最大加工体(Ml)建立加工参数，并把每个基本的最 大加工体(Ml)的加工参数加入到中间模型(IM)中的过程为对于每个基本的最大加工体(Ml)，首先从基本的最大加工体(Ml)中找到所有来源于 毛坯的实面，构成第一集合(RS)，对于第一集合(RS)中每个实面(f)，以实面(f)为刀具访 问面，实面(f)的法向的反向为加工方向，根据预先定义的加工类型判别规则判断基本的 最大加工体(Ml)的加工类型，如果基本的最大加工体(Ml)是一个合法的加工类型，则把 实面(f)、实面(f)的法向的反向，连同判别出的加工类型作为基本的最大加工体(Ml)的 加工参数加入到中间模型(IM)中；然后从基本的最大加工体(Ml)中找到所有不是来源于 毛坯的实面，构成第二集合(FS)，对于第二集合(FS)中每个实面(f)，若基本的最大加工 体(Ml)中不存在与实面(f)平行的毛坯面，则对实面(f)沿其法向反向平移构造一个虚 面(vf)，使得虚面(vf)与基本的最大加工体(Ml)相切，此时如果以虚面(vf)为刀具访问 面，虚面(vf)的法向为加工方向，根据预先定义的加工类型判别规则判断出基本的最大加 工体(Ml)满足某个加工类型的定义，则把虚面(vf)、实面(f)的法向，连同判别出的加工类 型作为基本的最大加工体(Ml)的加工参数加入到中间模型(IM)中。
5.根据权利要求1所述的基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法， 其特征在于所述步骤c、对中间模型(IM)中的基本的最大加工体(Ml)执行合并过程，为 该合并过程中新生成的最大加工体(M2)建立加工参数，并将合并过程中新生成的最大加 工体(M2)及其参数加入到中间模型(IM)中；使得中间模型(IM)由所有的基本的最大加工 体(Ml)和新生成的最大加工体(M2)以及它们对应的加工参数构成的过程为按基本的最大加工体(Ml)的来源特征类型分类处理，对于所有来源于正特征或负特征的基本的最大加工体(Ml)，首先根据设计特征的加入 顺序、加工类型的判断和相同加工方向上刀具访问面的邻接关系进行合并，合并时采用贪 婪算法原理，尽可能地使合并后的新生成的最大加工体(M2)体积最大，然后为新生成的最 大加工体(M2)计算加工参数，最后把新生成的最大加工体(M2)连同其加工参数一起加入 到中间模型(IM)中；对于所有来源于凸边圆角或倒角特征的基本的最大加工体(Ml)不做处理；对于任意一个来源于凹边圆角或倒角特征的基本的最大加工体(Ml)，首先，在设计特征模型(DFM)中找到基本的最大加工体(Ml)的来源特征的引用特征(RF)，然后，把基本的 最大加工体(Ml)与对应的中间模型(IM)中所有来源于引用特征(RF)的基本的最大加工 体(Ml)合并，最后，从中间模型(IM)中删除基本的最大加工体(Ml)的加工参数。
6.根据权利要求1所述的基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法， 其特征在于所述加工优先规则分为基于几何属性和基于加工特征类型两种类型a)基于几何属性的优先规则 加工访问方向垂直于毛坯面的优先； 一次加工体积大的优先；刀具访问面面积大的优先； 与当前加工方向一致的优先。b)基于加工特征类型的优先规则 外切削环优先于台阶；孔、台阶和槽优先于腔； 凸圆角后处理； 斜铣面后处理。
全文摘要
本发明公开了一种基于中间模型将设计特征模型向加工特征模型转换的方法，首先，将设计特征模型(DFM)向中间模型(IM)转换，然后，将中间模型(IM)向加工特征模型(MFM)转换。本发明应用于CAD/CAM集成中，能够通过计算机实现用户交互，大大提高了产品的设计和生产的效率，有效地缩短了产品开发周期和降低了生产成本。
文档编号G06F17/50GK101923588SQ20101024564
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月28日 优先权日2010年7月28日
发明者刘景 , 朱英, 李晶, 温坤, 陈正鸣 申请人:河海大学常州校区