基于特征的碎面自動(dòng)組合與擬合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)控加工技術(shù)，尤其是一種碎面自動(dòng)組合與擬合技術(shù)，具體地說(shuō)是一種基于特征的碎面自動(dòng)組合與擬合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展以及產(chǎn)品性能上的要求，復(fù)雜零件如飛機(jī)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，為了滿(mǎn)足零件的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品外形的需要，零件數(shù)模表面往往由多張不規(guī)則曲面構(gòu)成，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，有些曲面經(jīng)過(guò)若干次裁剪、拼接等處理后，產(chǎn)生碎面，或產(chǎn)品數(shù)模在不同CAD/CAE/CAM系統(tǒng)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，曲面片之間會(huì)出現(xiàn)碎片、裂縫和搭接等現(xiàn)象。
[0003]數(shù)控加工技術(shù)因其具有高速、高效、高精度、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于飛機(jī)構(gòu)件的加工，而碎面的出現(xiàn)為數(shù)控加工帶來(lái)一定的難度，如果采用分片加工則曲面片之間會(huì)有明顯的接刀痕跡，導(dǎo)致加工不穩(wěn)定，影響加工質(zhì)量，并且頻繁抬刀大大降低了加工效率，更重要的是，這樣的走刀方式并不符合原始型面的設(shè)計(jì)意圖。因此目前急需一種碎面擬合方法保證碎面的連續(xù)加工，提高零件的加工質(zhì)量和效率。
[0004]查閱現(xiàn)有技術(shù)與文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司申請(qǐng)的專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)201310428984.9)中提出一種將飛機(jī)結(jié)構(gòu)件細(xì)碎曲面轉(zhuǎn)化為直紋面的方法，這種方法在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件五軸的組合曲面?zhèn)茹娂庸ぶ械玫綇V泛引用，但是此種方法對(duì)于待擬合的碎面只能依靠手動(dòng)選擇，無(wú)法根據(jù)加工的需求實(shí)現(xiàn)碎面的自動(dòng)匹配，降低了數(shù)控編程效率，增大加工成本，并且擬合后的面為直紋面，對(duì)于飛機(jī)構(gòu)件中的雙曲率零件，此種方法并不適用。
[0005]南京航空航天大學(xué)申請(qǐng)的專(zhuān)利(專(zhuān)利號(hào)201110419464.2)提出一種復(fù)雜組合曲面的擬合方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)雙曲率零件的曲面的高精度擬合，但是依然無(wú)法根據(jù)加工需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碎面擬合，增加編程時(shí)間，降低編程效率，增大加工成本，并且這種方法擬合的曲面尺寸比原組合曲面的尺寸小，擬合邊界的不完整性，導(dǎo)致飛機(jī)構(gòu)件中的蒙皮零件生成刀軌不能滿(mǎn)足加工要求。
[0006]針對(duì)以上問(wèn)題本發(fā)明提出一種基于特征的碎面自動(dòng)組合與擬合方法，該方法以特征為載體實(shí)現(xiàn)幾何信息與工藝信息相關(guān)聯(lián)，基于零件的加工特征實(shí)現(xiàn)碎面的自動(dòng)、有效匹配并擬合，經(jīng)對(duì)比，本發(fā)明擬合的曲面與原曲面尺寸一致性好、重合度高，邊界完整，可直接用于數(shù)控編程，有效地提高了零件的數(shù)控編程效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0007]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的復(fù)雜零件碎面較多，導(dǎo)致加工不穩(wěn)定，影響加工質(zhì)量，加工和編程效率低，更重要的是，走刀方式并不符合原始型面的設(shè)計(jì)意圖的問(wèn)題，發(fā)明一種基于特征的碎面自動(dòng)組合與擬合方法。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0009]一種基于特征的碎面自動(dòng)組合與擬合方法，其特征是首先通過(guò)建立碎面的幾何信息和工藝信息之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，再基于特征定義碎面組合的邊角度和面角度閥值，通過(guò)特征識(shí)別實(shí)現(xiàn)碎面自動(dòng)組合，然后通過(guò)組合碎面輪廓邊的曲率和輪廓邊相互之間的連接關(guān)系將各碎面輪廓邊分類(lèi)并進(jìn)行邊界擬合，進(jìn)而創(chuàng)建完整的邊界線，實(shí)現(xiàn)碎面的自動(dòng)擬合，最后，基于蒙皮法生成特征的完整曲面。
[0010]具體步驟如下::
[0011]步驟1、輸入零件模型；
[0012]步驟2、考慮碎面定義零件的加工特征；
[0013]步驟3、基于對(duì)零件中的碎面的考慮對(duì)加工特征進(jìn)行識(shí)別；
[0014]步驟4、基于加工特征和碎面間的鄰接關(guān)系對(duì)碎面進(jìn)行提取并組合；
[0015]步驟5、將組合碎面的輪廓邊進(jìn)行分類(lèi)；
[0016]步驟6、對(duì)組合碎面的輪廓邊進(jìn)行識(shí)別；
[0017]步驟7、將輪廓邊中的碎邊進(jìn)行擬合；
[0018]步驟8、利用蒙皮法擬合組合碎面創(chuàng)建多截面曲面；
[0019]步驟9、計(jì)算擬合誤差，判斷重構(gòu)曲面是否滿(mǎn)足精度要求，如果不滿(mǎn)足將離散精度提尚并重復(fù)步驟8、9 ；
[0020]步驟10、創(chuàng)建輪廓完整的擬合曲面；
[0021]所述的考慮碎面定義零件的加工特征是指通過(guò)分析零件的結(jié)構(gòu)特性和典型工藝方法，突破了傳統(tǒng)加工特征定義方法中對(duì)碎面的抑制，將碎面融入到加工特征的定義中，對(duì)零件的加工特征進(jìn)行定義。
[0022]所述的基于對(duì)零件中的碎面的考慮對(duì)加工特征進(jìn)行識(shí)別是指通過(guò)考慮零件中的碎面，以邊節(jié)點(diǎn)表示零件的邊，以面節(jié)點(diǎn)表示零件的面，再根據(jù)特征幾何元素間的連接關(guān)系將節(jié)點(diǎn)相連進(jìn)而創(chuàng)建全息屬性面邊圖。根據(jù)加工特征的種子面定義原則對(duì)種子面進(jìn)行定義，再通過(guò)屬性面邊圖對(duì)特征進(jìn)行表示，遍歷屬性面邊圖，基于種子面的匹配原則對(duì)種子面進(jìn)行匹配，以種子面的痕跡擴(kuò)展搜索，構(gòu)建完整加工特征。
[0023]加工特征的種子面定義原則為該類(lèi)特征中最能表現(xiàn)其特點(diǎn)的關(guān)鍵面及該面關(guān)鍵鄰接邊的組合。對(duì)于關(guān)鍵面中存在碎面的情況先將碎面進(jìn)行組合，再以組合碎面及組合碎面的外輪廓邊作為種子面。
[0024]種子面的匹配原則為對(duì)于部分加工特征的種子面中存在多張碎面時(shí)，不能只以單張曲面的信息對(duì)種子面進(jìn)行匹配，還需考慮面與面之間的鄰接關(guān)系。因此將加工特征種子面的匹配分為兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是根據(jù)種子面的初步匹配條件將種子面中包含的所有面進(jìn)行提取，存放在列表中；第二個(gè)階段是根據(jù)碎面的鄰接關(guān)系對(duì)列表中的碎面進(jìn)行組合，進(jìn)一步對(duì)種子面進(jìn)行匹配。
[0025]對(duì)于端銑加工特征，種子面的初步匹配條件根據(jù)幾何特性不同分包含三種情況:⑴種子面為曲面，面的主法向與刀軸方向之間的夾角小于5度且含有內(nèi)環(huán)；(ii)種子面為曲面，面的主法向與刀軸方向之間的夾角小于5度且只有外環(huán)，并與第一類(lèi)種子面不相鄰；
(iii)種子面為平面，面主法向與刀軸方向之間的夾角小于5度，種子面中心點(diǎn)相對(duì)分型面的高度必須小于最高拓?fù)涿娓叨鹊囊话耄?br>[0026]對(duì)于側(cè)銑加工特征，種子面的初步匹配條件是:種子面的主法向與刀軸方向之間的夾角介于85度與95度之間。
[0027]所述的基于加工特征和碎面間的鄰接關(guān)系對(duì)碎面進(jìn)行提取并組合是指通過(guò)對(duì)加工特征的識(shí)別對(duì)碎面進(jìn)行提取，基于碎面鄰接關(guān)系的定義原則對(duì)碎面間的鄰接關(guān)系進(jìn)行定義，根據(jù)碎面間的鄰接關(guān)系進(jìn)行碎面的自動(dòng)組合。
[0028]碎面鄰接關(guān)系的定義原則就是:當(dāng)相鄰兩碎面間的邊角度α滿(mǎn)足α < Θ 2或π-θ2<α<π-θ對(duì)，面角度β滿(mǎn)足O1SDSO2或π-σ2<β<π-σ丨時(shí)碎面間的鄰接稱(chēng)為光滑鄰接，并將滿(mǎn)足條件的碎面進(jìn)行組合。邊角度的范圍一般為0° < α<6° 或 174° < α < 180°，面角度的范圍一般為 O。< β <8° 或 172° < β < 180°。其中邊角度即為兩個(gè)相交面內(nèi)各引一條直線并且交于交線上同一點(diǎn)，所得的兩直線的夾角，面角度即為兩個(gè)相交面中心點(diǎn)法向量的夾角。
[0029]所述的將組合碎面的輪廓邊進(jìn)行分類(lèi)是指將輪廓邊投影到投影平面上降低碎邊的維度，根據(jù)輪廓邊的分類(lèi)原則對(duì)投影線所對(duì)應(yīng)的輪廓邊進(jìn)行分類(lèi)。
[0030]輪廓邊的分類(lèi)原則是以是否存在與當(dāng)前輪廓邊的投影線滿(mǎn)足曲率連續(xù)的其它輪廓邊的投影線作為首要分類(lèi)原則，對(duì)于滿(mǎn)足條件的輪廓邊再根據(jù)其投影線中點(diǎn)曲率是否為零作為依據(jù)繼續(xù)分類(lèi)，主要將下陷輪廓邊分為3類(lèi)，分別是曲線碎邊、轉(zhuǎn)角碎邊和完整邊。(i)每一個(gè)組合碎面的所有輪廓邊中滿(mǎn)足投影線曲率連續(xù)并且投影線中點(diǎn)曲率不為零的所有投影線所對(duì)應(yīng)的邊的組合為曲線碎邊；(ii)滿(mǎn)足投影線曲率連續(xù)并且投影線中點(diǎn)曲率為零的所有投影線所對(duì)應(yīng)的邊的組合稱(chēng)為轉(zhuǎn)角碎邊；(iii)在輪廓邊的投影線中無(wú)法找到與其滿(mǎn)足曲率連續(xù)的投影線，則此投影線所對(duì)應(yīng)的邊為完整邊。
[0031]所述的對(duì)組合碎面的輪廓邊進(jìn)行識(shí)別是指以輪廓邊所對(duì)應(yīng)的投影線是否滿(mǎn)足相切連續(xù)和曲率連續(xù)為判斷依據(jù)，分別對(duì)組合碎面的曲線碎邊、轉(zhuǎn)角碎邊和完整邊進(jìn)行識(shí)別。
[0032]本發(fā)明的有益效果是:
[0033]1、本發(fā)明突破了傳統(tǒng)方法對(duì)碎面的抑制，將碎面融入到特征定義中，并在特征識(shí)別時(shí)對(duì)碎面進(jìn)行考慮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)碎面的自動(dòng)組合與擬合。
[0034]2、本發(fā)明基于邊角度與面角度的閥值對(duì)碎面之間的沒(méi)有明確凹凸性的鄰接進(jìn)行定義，明確對(duì)碎面間的鄰接關(guān)系進(jìn)行表述為碎面的自動(dòng)組合與擬合奠定基礎(chǔ)。
[0035]3、本發(fā)明所擬合的曲面尺寸與原曲面尺寸一致并且擬合邊界完整，滿(mǎn)足加工要求，曲面的擬合精度高，可以代替原組合碎面直接用于數(shù)控編程，計(jì)算速度快，節(jié)省編程時(shí)間，提尚編程效率。
【附圖說(shuō)明】