CN104239603A - 一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种三维数字化工艺设计领域中的基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，先读取设计模型并建立毛坯模型；构建零件工艺信息及工序框架流程，再建立零件工序框架节点的工序模型，逆序构建加工各阶段所有操作零件变化的工序模型，最后完成所有工序模型的建立；本发明实现了对工艺设计并行工作和协同设计的支持，可改进三维工艺设计的流程及其效率；在三维工序模型生成过程中，采用了框架节点工序模型正序人工交互设计和小工序节点工序自动逆序生成结合的方法，支持各类建模软件并提高了工序模型生成的效率。

Description

一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法

技术领域

本发明属于三维数字化工艺设计领域，是一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法。即在三维工艺设计时，将工序模型分为框架节点工序模型和子工序模型。采取正序方式，利用删除或抑制特征或模型操作的办法构建框架节点工序模型；采用逆序方式，以框架节点工序模型作为输入，采取同步建模自动化生成的方式构建子工序模型。

背景技术

随着三维软件的迅速普及和发展，我国制造业已基本实现了三维产品设计。然而目前在数字化设计制造平台重要一环的工艺设计，大多依然基于二维工程图进行，三维模型仅作为参考。综合国内外现状，可以发现工艺设计和零件设计存在着时间和空间上的差异，无法协同和并行工作，使得工艺设计的质量和效率的提升遇到瓶颈。二维工艺卡片加文字描述的工艺信息表达方式，带来了大量的无意义和重复性的劳动，使得工艺人员浪费了大量时间和精力在类似编制各种报表等的低级劳动上，无法集中精力专心处理体现工艺设计价值的智力劳动上。在二维系统上进行工艺设计生成二维工艺卡片，无法与零件设计同步关联，造成设计制造的数据源不统一、不唯一，容易造成设计制造的脱节，数据管理和维护增加成本。而在数字化全三维环境下进行工序设计，生成三维工序模型，三维CAPP系统直接使用三维CAD模型进行工艺设计，无需三维和二维之间的多次转换，同时可方便直观地指导生产过程。

三维工序模型的生成是实现基于全三维模型描述制造信息，进而从事三维工艺设计的基础。《CAD/CAPP环境下基于三维模型的工序图逆向生成》一文阐述了一个基于三维模型的工序图自动生成系统，实现了对二维工序图的逆序生成，但不能解决三维工序模型的生成问题；中国专利“一种应用于数字化工艺设计的三维工序模型演进生成方法”(专利申请号：201210052303.9)阐述了一种基于无历史建模的逆序生成方法，可用于三维工序模型的生成，但该方法隐含了串行生成工序模型的条件，即前步工序模型的生成必须依赖于后步工序模型的生成，无法满足并行协同的要求；中国专利“基于去除特征识别的三维机加工序模型顺序建模方法”(专利申请号：201210578397.3)阐述了一种基于顺序的去除特征识别的三维机加工序模型建模方法，采用选择每道工序所要去除的特征，同时依赖不同的特征识别工具来进行人工交互操作的办法，所有工序模型建立和工艺信息添加均要求人工实现，不能满足自动化需求和工艺信息复用的要求；中国专利“一种动态三维工艺模型的构建方法”(专利申请号：201210178749.6)阐述了基于Pro/E二次开发基础上的动态三维工艺模型的建立方法，隐含所有操作均必须以Pro/E二次开发为背景，限制了扩展应用，且未对协同工艺设计进行解决。

    

发明内容

针对现有三维工序模型生成方法中存在的三维工序模型生成效率较低、人工交互较多、不支持协同同步工作的技术问题，发明了一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，解决了工艺设计过程中的三维工序模型协同并行设计的问题。在该三维工序模型生成方法中，将工艺工序划分为框架节点工序和子工序，将工序模型划分为框架节点工序模型和子工序模型，其中框架节点工序模型采用正序方式由人工交互半自动化生成，子工序模型采用逆序方式自动生成，从而实现了工艺设计的并行工作，提高了工艺设计的效率；工序模型上的工艺信息来自于模型种子文件中的先验工艺知识和决策结果，通过工艺信息索引的方式来获取加工方法信息、加工余量信息和资源信息等内容，便于实现设计制造一致的基于模型的统一数据源；通过零件设计模型上反映的几何形状和制造要求的工艺信息，构建各类制造特征类型，可规范对于特征和类型的管理，保证零件制造信息的合理获取，进而提高三维工序模型的生成质量。

 本发明采用的技术方案是具有以下步骤：（1）读取零件的设计模型，并依照设计模型建立毛坯模型；（2）从常用零件的建模特征类型角度总结制造特征，对每个制造特征类型对应的制造特征属性信息进行定义，根据每类制造特征所构建的制造特征信息库中的定义要求，获得该类零件的制造特征及制造特征属性信息，将属性信息与特征关联形成模型种子文件；（3）基于模型种子文件构建工艺信息及框架流程，根据工序框架流程和信息，识别框架工序模型的节点，获取各框架工序模型节点的工艺信息，采用删除或者抑制建模特征的方式生成该工序框架节点的工序模型，根据所述的毛坯模型以及识别的工序框架节点，得到初步的各框架节点的工序模型；（4）依据所述各框架节点的工序模型，逆序构建当前框架节点紧前的子工序模型，再以以子工序模型为输入，构建该子工序模型的紧前子工序模型，如此循环直至前一个框架节点工序模型；（5）完成所有工序模型的建立。

本发明的有益效果和优点：

1、采用本文的基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，可以提高工艺设计的协同能力，实现并行工作；尤其对于复杂类的零件，其加工工序众多，需要生成较多的三维工序模型，采用本方法可快速生成三维工序模型，生成效率高。

2、工序模型上的工艺信息来自于模型种子文件中的先验工艺知识和决策结果，通过工艺信息索引的方式来获取加工方法信息、加工余量信息和资源信息等内容，便于实现设计制造一致的基于模型的统一数据源。

3、通过零件设计模型上反映的几何形状和制造要求的工艺信息，构建各类制造特征类型，可规范对于特征和类型的管理，保证零件制造信息的合理获取，进而提高三维工序模型的生成质量。

4、零件三维工序模型生成依据结构化工艺信息，可进行零件制造信息数据的管理，方便与PDM和ERP和MES等系统的数据衔接，规范企业的数据流。

5、整个设计过程采用统一的三维模型数据源，工艺的发布基于合理的三维工序模型，可确保后续加工、仿真和检验数据一致，各数据间保持同步更新，保证了信息传递的一致性。

附图说明

图1是本发明一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法的总体流程图；

图2是本发明从零件设计模型构建工艺信息的流程图；

图3是本发明结构化工艺信息的流程图

图4是图1的正序逆序结合的具体流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，采用三维工序模型正序和逆序结合的方式，将工艺工序划分为框架节点工序和子工序，将工序模型划分为框架节点工序模型和子工序模型，通过读取模型种子文件中的先验工艺知识和决策结果构建结构化工艺实现制造特征、工艺和建模操作间的关联对应。通过正序方式创建框架节点工序模型，生成效率高；在框架节点工序模型的基础上，通过逆序方式构建子工序模型。子工序模型生成过程中，基于制造特征、工艺和建模操作间的关联对应，通过工艺信息索引的方式来获取加工方法信息、加工余量信息和资源信息等内容，采取拉伸、偏置、重构、删除、抑制等几何建模驱动零件模型，建模参数及建模特征对象通过读取框架结构化三维工艺自动获取，从而高效地将工艺信息转换成几何建模过程，生成零件的工序模型。如图1所示，具体包括以下步骤：

步骤一：读取零件的设计模型，并依照设计模型建立毛坯模型。

构建零件的毛坯模型时，根据设计模型的几何拓扑结构及外形形状构建，人工交互根据经验依据该设计模型进行建模，复杂零件结构可采用包络线的方法构造毛坯模型，而对于特定的某类零件，可采用参数化的建模方法自动化生成毛坯模型。

步骤二：构建制造特征信息库，并获取制造特征，建立模型种子文件。

构建制造特征库。首先从常用零件的建模特征类型角度总结制造特征，如面特征、孔特征、环形轴、贯穿孔等，然后对每个制造特征类型对应的制造特征属性信息进行定义，制造特征的属性信息主要包括该制造特征所采用的加工方法、该制造特征的类型、该制造特征类型信息对应的建模操作信息，以及每类制造特征的几何形状的尺寸、形状公差、位置公差等信息。

构建制造特征信息库的基本要求：包括具体的零件制造特征分类类型和加工方法与建模操作之间的关系规则，以及构建工艺参数与建模参数之间的关系。规则建立原则按照制造特征类型与加工方法划分：

车加工一般分为车圆环形特征、车含轨迹线特征和车复杂特征。车圆环形特征，定义为重构调整圆环尺寸建模操作，加工前后的尺寸值对应建模中的圆环尺寸值；车含轨迹线特征，刀具的走刀轨迹线一般保留在最终模型上，定义为偏置操作。车复杂特征表现为模型上的不规则特征，定义为拉伸操作；

铣加工分为铣普通面特征和铣复杂面特征，铣普通面特征定义为偏置面操作，加工余量为建模操作的偏置距离。复杂特征面定义为拉伸操作；

孔加工分为贯穿孔特征加工、普通孔特征加工和其它复杂孔特征加工。加工贯穿孔特征表现为孔贯通，定义为拉伸操作，拉伸距离为孔深度。加工普通孔特征，定义为删除和抑制孔面操作。加工其它复杂孔特征，如不规则的台阶孔，定义为重构或替换面操作；

通过以上规则在模型种子文件定义制造特征、工艺和建模操作间的关联对应。

根据每类制造特征所构建的制造特征信息库中的定义要求，获得该类零件的制造特征及制造特征属性信息，属性信息包含了制造特征的制造类型、加工工步、切削参数、特征尺寸信息及公差信息，将属性信息与特征关联，使属性信息对应关联特征，通过将属性信息与特征关联形成了模型种子文件。

建立模型种子文件的具体过程为：①依据建模软件中的零件设计模型上反映的几何形状和制造要求的工艺信息，获取零件的制造特征，在制造特征库中匹配出该制造特征；②根据从制造特征库中匹配的制造特征，获取制造特征相关的属性信息；③根据制造特征及属性信息，将制造特征与属性信息逐一在零件中关联，使全部制造特征与属性信息对应关联，得到工艺信息索引；④将关联的制造特征存储，作为模型种子文件，用于后续的三维工艺设计。

步骤三：形成零件工艺信息及工序框架流程，建立零件工序框架节点的工序模型。

基于模型种子文件构建工艺信息及框架流程，如图2所示，具体的过程为：①读取模型种子文件信息，根据模型种子文件获得该零件系列的零件设计模型的加工制造特征类型；②根据该制造特征类型构建零件的工艺索引，建立零件框架流程节点的工序信息；③将工艺索引信息关联至零件的设计模型对应的制造特征，形成节点制造特征、工艺和建模操作三者之间的映射，为后续的工序模型生成提供信息支持。

根据工序框架流程和信息，识别框架工序模型的节点，获取各框架工序模型节点的工艺信息，采用删除或者抑制建模特征的方式生成该工序框架节点的工序模型。根据步骤一中所建立的毛坯模型以及识别的工序框架节点，得到初步的工序模型。

从模型种子文件中获取框架工序节点下的所有工艺信息，并与制造特征关联，形成该节点框架下的结构化工艺信息。结构化工艺信息如图3所示，零件的工艺以N个工序为总工序模型的工序节点，每个工序下包含该工序下多个工步，每个工步的工步信息包括加工制造的加工方法，加工余量等，该加工工步信息决定了子工序模型生成操作所采取的建模方法，为子工序模型构建过程中的重要信息。

步骤四：逆序构建加工各阶段所有操作零件变化的工序模型。

该步骤主要采用逆序的方式构建步骤三中该框架节点紧前的子工序模型。逆序构建工序模型的原理是：对节点框架下的具体工步进行分类定义，当工艺设计过程中对具体细节特征定义其制造特征类型与加工方法，使制造特征类型和加工方法与逆向工序工序建模操作形成对应的关系，形成通过读取制造特征类型与加工方法调用建模操作，当制造特征类型改变后，建模操作步骤同步更新，以达到同步更新零件设计模型形状。

在创建子框架节点下的子工序模型过程中，根据步骤二中制造特征信息库中的建立要求和工序模型逆序构建的原理，依据前述步骤二的工艺信息索引，从模型种子文件中获取相关的工艺知识和决策结果，以自动化生成构建该工序框架节点紧前的子工序模型。

确定正序逆序结合的工序模型生成流程。三维工序模型正序逆序结合生成方式，首先通过构建三维结构化框架节点工艺，实现工艺索引信息与零件设计模型特征关联，一方面通过识别框架下的节点特征，采取正向删除或抑制框架节点特征。形成工序框架节点的初步工序模型。另一方面根据工序框架形成的初步的节点工序模型，采取基于模型种子文件的工艺设计建立子框架节点特征与工艺信息的索引。采取逆序生成的方式，通过读取工序框架子节点的制造特征与相关的工艺参数，并利用建模操作与制造特征分类信息建立的工艺索引操作规则，以实现通过几何建模的方式逆序建立工序模型。工序框架子节点的工序模型逆序创建过程如下：通过读取本框架节点的初步工序模型，并索引本框架节点的特征与工艺信息，以子工序节点为操作单元，依次读取本节点制造特征及紧后的制造特征应采取的对应的建模几何操作，如此循环直至本框架子节点所有制造特征遍历完成，依次生成前框架节点的具体的工序模型。通过正序和逆序相结合的方法特别是对加工工序和模型复杂的零件设计模型能快速得到零件设计模型具体工序模型；

采用正序逆序结合的工序模型生成总流程如图4所示，①利用零件设计模型进行三维工艺设计，构建工艺信息索引及工艺框架流程；②构建零件设计模型的毛坯模型，并依据工艺框架信息，通过选择及自动识别节点工序框架节点的特征，采取删除或抑制的正序方式依次生成工序框架的初步工序模型。对于孔类、键槽类特征可自动识别；③以当前的工序框架的初步工序模型为输入，采用逆序生成方式，读取本框架节点紧前的子节点特征的工艺信息，采取对应的几何逆序建模规则生成子工序模型，如果本框架节点紧前的子节点的工序模型未全部生成，则返回继续读取子节点的工步信息，直至本框架节点紧前的子节点全部生成；④添加必要的工序注释信息于三维模型，制造要求等信息，做适当的修改，即可生成零件设计模型的所有工序的工序模型。

步骤五：完成所有工序模型的建立。

对所有工序模型描述的工艺任务进行检验，对工序模型和工艺要求的符合程度进行检验。生成的工序模型为了支持后续的可视化制造应用，每个工序模型需要处理成单独的模型，生成对应的可视轻量化模型、供数控加工的精确驱动加工模型和供数控仿真检验的精确驱动检验模型，并发布至相应的平台，这些相关的模型都与工序模型保持数据关联，可同步更新。

Claims (5)

1.一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，其特征是具有以下步骤：

（1）读取零件的设计模型，并依照设计模型建立毛坯模型；

（2）从常用零件的建模特征类型角度总结制造特征，对每个制造特征类型对应的制造特征属性信息进行定义，根据每类制造特征所构建的制造特征信息库中的定义要求，获得该类零件的制造特征及制造特征属性信息，将属性信息与特征关联形成模型种子文件；

 （3）基于模型种子文件构建工艺信息及框架流程，根据工序框架流程和信息，识别框架工序模型的节点，获取各框架工序模型节点的工艺信息，采用删除或者抑制建模特征的方式生成该工序框架节点的工序模型，根据所述的毛坯模型以及识别的工序框架节点，得到初步的各框架节点的工序模型；

 （4）依据所述各框架节点的工序模型，逆序构建当前框架节点紧前的子工序模型，再以以子工序模型为输入，构建该子工序模型的紧前子工序模型，如此循环直至前一个框架节点工序模型；

（5）完成所有工序模型的建立。

2.根据权利要求1所述基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，其特征是：

步骤（2）中建立模型种子文件的具体过程为：①依据建模软件中的零件设计模型上反映的几何形状和制造要求的工艺信息，获取零件的制造特征，在制造特征库中匹配出该制造特征；②根据从制造特征库中匹配的制造特征，获取制造特征相关的属性信息；③根据制造特征及属性信息，将制造特征与属性信息逐一在零件中关联，使全部制造特征与属性信息对应关联，得到工艺信息索引；④将关联的制造特征存储，作为模型种子文件。

3.根据权利要求1所述基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，其特征是：

步骤（3）中，基于模型种子文件构建工艺信息及框架流程具体的过程为：①读取模型种子文件信息，根据模型种子文件获得该零件系列的零件设计模型的加工制造特征类型；②根据该制造特征类型构建零件的工艺索引，建立零件框架流程节点的工序信息；③将工艺索引信息关联至零件的设计模型对应的制造特征，形成节点制造特征、工艺和建模操作三者之间的映射。

4.根据权利要求1所述基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，其特征是：

步骤（4）中，所述子工序模型对零件几何形状的改变通过读取零件制造特征关联的加工方法、加工余量信息进行建模操作，可自动化生成。

5.根据权利要求1所述基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法，其特征是：

步骤（5）中完成所有工序模型的建立包括：对所有工序模型描述的工艺任务进行检验，对工序模型和工艺要求的符合程度进行检验，每个工序模型需处理成单独的模型，生成对应的可视轻量化模型、供数控加工的精确驱动加工模型和供数控仿真检验的精确驱动检验模型，并发布至相应的平台，这些相关的模型都与工序模型保持数据关联，可同步更新。