一种复杂曲面动态加工特征建模方法

摘要

一种复杂曲面动态加工特征建模方法，属于CAD/CAM技术领域。该建模方法首先根据所选加工方案，定义曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征，然后结合不同加工阶段所选用的加工设备、切削参数及加工优化目标，对各中间状态特征进行曲面加工区域划分，生成曲面加工子特征。该方法以FunctionBlock为曲面动态加工特征的信息载体，当制造资源发生变化时，利用FunctionBlock的事件触发-响应机制，自动调用FunctionBlock内部定义好的曲面特征建模方法，对曲面加工的中间状态特征及其包含的曲面加工子特征进行实时更新。该建模方法能够根据制造资源的变化而动态更新曲面加工特征，是实现复杂曲面自适应优化加工的核心关键技术。

主权项

一种复杂曲面动态加工特征建模方法，其特征是它包括以下步骤：首先，定义复杂曲面动态加工特征二级数据结构；复杂曲面动态加工特征包含加工中间状态特征级和曲面加工子特征级，曲面加工方案中的每一个加工阶段对应一个加工中间状态特征I_i，定义：$S=\underset{i}{\overset{n}{\cup }}{I}_i$式中S表示：I_i中包含的几何信息有为该阶段加工前曲面零件的几何状态I_{R_i}及该加工阶段应得到的理论曲面模型I_{T_i}，I_i中包含的加工信息MI_i有该加工阶段所选用的机床刀具切削参数CP_i以及用户设定的加工优化目标OO_i，因此一个曲面加工中间状态特征可表示为：$\left\{\begin{array}{c}{I}_i=I_{R\_i}\cup I_{T\_i}\cup I_i\\ {\mathrm{MI}}_i=\left(\underset{l=1}{\overset{x}{\cup }}{\mathrm{MT}}_l\right)\cup \left(\underset{k=1}{\overset{t}{\cup }}{\mathrm{CT}}_k\right)\cup {\mathrm{CP}}_i\cup {\mathrm{OO}}_i\end{array}\right.$对于每个曲面加工中间状态特征，为达到用户设定的加工优化目标，结合其选用的机床、刀具及切削参数，需要将其划分为多个加工区域，每个区域称之为曲面加工子特征，每个曲面加工子特征sf_j包含该区域的边界信息B_j和该区域内对应的加工策略M_j，即$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{SF}}_i=\underset{j=1}{\overset{d}{\cup }}{\mathrm{sf}}_j\\ {\mathrm{sf}}_j=B_j\cup M_j\end{array}\right.$在生成曲面加工轨迹时，将每一个曲面加工子特征作为一个独立的加工区域，并根据该特征对应的加工信息生成其加工轨迹，实现针对曲面不同加工阶段的分区加工；曲面动态加工特征DMF可表示为：$\mathrm{DMF}=\underset{i}{\overset{n}{\cup }}(I_i\cup {\mathrm{SF}}_i);$其次，分别对曲面加工中间状态特征和曲面加工子特征进行建模；第三，构建曲面动态加工特征Function Block：DMF‑FB作为曲面加工特征的信息载体，以实现动态制造资源环境下的曲面加工特征自适应调整，DMF‑FB的定义，其中EI_INI、EO_INI分别表示初始化事件的输入与输出；EI_ITR、EO_ITR分别表示初始条件下曲面动态加工特征建模事件的输入与输出；EI_UPD、EO_UPD分别表示曲面动态加工特征更新事件的输入与输出；EI_OUT、EO_OUT分别表示加工轨迹输出事件的输入与输出；S表示曲面几何模型数据输入，MP表示曲面加工工艺方案数据输入，OP表示发生制造资源变化的加工阶段，MAC_ID、CUT_ID、CP及OO分别表示变化后的OP对应的机床、刀具、切削参数及优化目标数据输入；DMF表示曲面动态加工特征数据输出，ToolPaths表示刀具轨迹数据输出；ALG_INI表示初始化算法，即当有事件EI_INI输入时，DMF‑FB自动调用ALG_INI算法，首先将DMF‑FB中包含的所有参数恢复初始状态，并清空所有中间数据，然后将数据S和MP输入到DMF‑FB内部数据中，当该初始化算法执行完毕时，返回EO_INI；EO_INI可作为EI_ITR触发ALG_ITR，即初始条件下的曲面动态加工特征建模算法，生成曲面加工所包含的加工中间状态特征信息及其加工子特征信息，并计算曲面加工的轨迹，这些特征信息和加工轨迹信息将保存在DMF‑FB的内部数据中，当该算法执行完毕时，输出EO_ITR；当有制造资源变更时，输入事件EI_UPD，自动调用ALG_UPD算法，该算法根据发生资源变化的加工阶段信息OP及变化后的机床、刀具、切削参数及优化目标信息，对该加工阶段的I_{T_i}重新进行划分并计算各分区的加工轨迹，计算完成后替换OP对应的原始特征信息及刀轨信息，重新生成I_{R_i+1}，判断是否需要对后续加工阶段的特征信息进行更新，若需要，则根据新的I_{R_i+1}对I_{T_i+1}进行区域划分，并重新生成加工轨迹，该步骤一直循环到最后一个加工阶段才算完成曲面动态加工特征的更新，当ALG_UPD执行完毕后返回EO_UPD。EI_OUT触发ALG_OUT，输出DMF‑FB中包含的特征信息DMF与刀轨信息Toolpaths。