一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法

摘要

本发明公开一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法，通过分析零件的加工过程，判断各工序是否添加工艺辅助特征，若工序需要工艺辅助特征，首先，基于提出的工艺辅助特征匹配算法，在工艺辅助特征库中匹配辅助特征；然后，根据工艺辅助特征的添加条件与添加方法，添加工艺辅助特征；最后，添加工艺信息，完成含有工艺辅助特征的工序间模型的创建。若工序不需要工艺辅助特征，则添加工序去除特征后，完成三维工艺模型的创建。本发明降低了对含有工艺辅助特征零件的工序设计难度，提高了三维工艺模型的创建效率，减少了工艺准备的时间。

说明书

技术领域

本发明属于薄壁件零件的三维工艺模型创建领域，是一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法。

背景技术

目前，在三维工艺设计领域，大多数零件都是采取去除材料的方法进行制造，但是一些难装夹和难定位的零部件，则需要人为添加一些工艺凸台特征或工艺凸耳等特征。有些工艺辅助特征不影响零件后续加工，则保留在零件上，但有些工艺辅助特征仅仅作为该工序的装夹或定位，则下一工序需要加工去除。工艺辅助特征的功能不仅可以减少零件的加工面积，也可以配合面接触良好，进而更好的加工定位、装夹，因此工艺辅助特征在解决复杂零件生产问题方面很重要。现有的工艺模型建模方法是利用几何推理、体分解等方法实现的，但是局限于对零件模型上已有的加工特征，然而对含有工艺辅助特征的薄壁零件，则无法实现快速创建。若基于商业CAD软件进行创建含有工艺辅助特征的三维工艺模型的步骤为：首先，基于草图功能进行绘制草图；然后，利用拉伸或去除功能实现对草图建模；最后，基于创建的工艺辅助特征实现三维工序间模型的创建，可见，该过程不仅费时费力、不能满足快速建模的要求，而且不适应于后期的设计更改。

现有两类快速建模的方法：顺序建模和逆序建模，其中顺序建模工作量较大，工作重复，生成模型的过程和实际加工过程也是相一致的，在多结构零件的加工方面很有优势；逆序建模时在深度分析特征的基础上对零件上的特征进行填补，一直返回到最初的毛坯模型状态，其要求零件模型的定义过程符合标准要求，否则无法自动识别待加工特征。传统的逆向建模应用局限性较大，对于薄壁零件逆向建模，由于工艺辅助特征等特征是零件上没有的，需要设计者独立在工序间模型上添加，这种工艺辅助特征等特征在工序间模型上“无中生有”是传统逆序建模所不能达到的。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，选择每道工序所要去除的特征，然而对于在加工过程需要添加辅助凸台特征、凸耳的零件，则不能满足建模要求。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，所有操作均须以Pro/E二次开发为背景，限制了其扩展应用，也没有对添加特征做出解决方案。

发明内容

发明目的：针对现有的工序间模型建模方法无法快速添加工艺辅助特征的问题，本发明针对薄壁件零件含有工艺辅助特征的产品，提供一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法。

技术方案：本发明提出一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法，采用逆序建模，由设计模型倒推至毛坯模型创建三维工序模型，包括如下步骤：

步骤1：根据工艺要求，分析零件设计模型的具体加工过程；

步骤2：根据各道工序具体加工过程判断是否添加工艺辅助特征，若添加工艺辅助特征，则转至步骤3；否则转至步骤6，添加工序去除体特征；

步骤3：根据零件类型在工艺辅助特征库中智能匹配工艺辅助特征；

步骤4：设置工艺辅助特征建模的驱动参数，确定工艺辅助信息的形状尺寸，创建工艺辅助特征；

步骤5：根据工艺辅助特征添加准则及工艺辅助特征添加方法完成工艺辅助特征的添加，转至步骤7；

步骤6：选择该工序间模型的加工表面，识别去除体特征，生成去除特征体，并与工序间模型进行布尔运算，完成工序去除体的添加；

步骤7：添加相应特征的工艺信息，完成工序模型的创建。

工艺辅助特征包括工艺凸台和工艺凸耳两种类型，其中工艺凸台的类型有方形工艺凸台和圆柱工艺凸台，工艺凸耳的类型有方形工艺凸耳和梯形工艺凸耳；工艺辅助特征根据应用场合分为辅助加工特征、辅助装夹特征、辅助测量特征和辅助装配特征。

步骤3通过零件类型以及应用场合的判断，实现工艺辅助特征的智能匹配，匹配算法步骤如下：

步骤3.1：判断零件类型；

步骤3.2：判断工艺辅助特征类型；

步骤3.3：基于工艺知识库匹配工艺辅助特征；

步骤3.4：输出匹配的工艺辅助特征。

步骤4创建工艺辅助特征的具体方法为:

步骤4.1：分析当前匹配的工艺辅助特征；

步骤4.2：根据工艺辅助特征的驱动参数表，确定特征参数；

步骤4.3：根据参数化尺寸创建参数表达式；

步骤4.4：创建参数化图形模版；

步骤4.5：创建参数化程序框架；

步骤4.6：编写参数化程序；

步骤4.7：编译链接，生成动态链接库文件；

步骤4.8：运行调试程序，若满足要求则完成参数化特征建模，若不满足要求则返回步骤4.6。

步骤5的工艺辅助特征的添加准则如下：

(1)位置添加准则：不能影响刀具对其他特征的加工，工艺辅助特征添加在零件的粗基准面上；

(2)数量添加准则：若工艺辅助特征用于辅助定位，定位工艺辅助特征为偶数个；若工艺辅助特征用于辅助装夹，装夹工艺辅助特征为偶数个，所添加的工艺辅助特征均匀分布，使得零件完全定位、装夹。

步骤5针对于模型上工艺辅助特征的添加方法，其步骤如下：

步骤5.1：确定添加面：获取工艺辅助特征与工序间模型的接触表面，并且获取工序间模型添加的表面，并且这两个面合并；

步骤5.2：确定位置：调整工艺辅助特征在工序间模型表面上的位置参数，确定工艺辅助特征的位置。

步骤5.3：布尔运算：工艺辅助特征与工序间模型进行布尔和运算；

步骤5.4：添加工艺信息：添加工艺辅助特征的工艺信息，最终完成工艺辅助特征的添加。

有益效果：本发明提出了面向含有工艺辅助特征机加零件的三维工序模型快速创建方法，解决了现有建模技术对含有工艺辅助特征零件无法快速建模的问题，简化了对含有工艺辅助特征零件的工序设计难度；同样也提出了针对工序间模型添加工艺辅助特征的新型生成方法，符合实际机加操作的逻辑和习惯，保证了工序模型的快速创建需求，减少了工艺准备的时间。

附图说明

图1是本发明的添加工艺辅助模型的总体流程图；

图2是本发明的工艺辅助特征分类图；

图3是工艺辅助特征匹配流程图；

图4是参数化特征建模流程图

图5工艺辅助特征添加方法流程图

图6是本发明的典型零件建模过程示意图；

图7是本发明的工艺辅助特征添加过程示意图；

图8是工艺辅助特征的驱动参数表。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种含有工艺辅助特征的三维工序模型快速创建方法，采用逆序建模，由设计模型倒推至毛坯模型创建三维工序模型，包括如下步骤：

步骤1：根据工艺要求，分析零件设计模型的具体加工过程；

步骤2：根据各道工序具体加工过程判断是否添加工艺辅助特征，若添加工艺辅助特征，则转至步骤3；否则转至步骤6，添加工序去除体特征；

步骤3：根据零件类型在工艺辅助特征库中智能匹配工艺辅助特征；

步骤4：设置工艺辅助特征建模的驱动参数，确定工艺辅助信息的形状尺寸，创建工艺辅助特征；

步骤5：根据工艺辅助特征添加准则及工艺辅助特征添加方法完成工艺辅助特征的添加，转至步骤7；

步骤6：选择该工序间模型的加工表面，识别去除体特征，生成去除特征体，并与工序间模型进行布尔运算，完成工序去除体的添加；

步骤7：添加相应特征的工艺信息，完成工序模型的创建。

为了便于快速进行含有工艺辅助特征的工序模型建模操作，本发明将零件的特征分为两类：制造特征和工艺辅助特征，其中制造特征是零件基本功能所具有的特征，工艺辅助特征是为了零件加工而添加的特征。根据工艺辅助特征的应用场合，本发明将其分为：辅助加工特征、辅助装夹特征、辅助测量特征和辅助装配特征。辅助加工特征：辅助加工特征分为两种，一类是为减少加工面积而设置的工艺辅助特征，常常在零件的接触面上制出工艺凸台，减小加工表面，缩短加工周期，保证加工精度；一类是减小加工难度的工艺辅助特征。辅助装夹特征：辅助装夹特征分为两类，一类是为了便于零件装夹而设置的工艺辅助特征，一类是作为粗基准，一些零件在装夹时，无法定位在一个平面上，所以采用添加工艺凸台的方式，作为零件的粗基准。辅助测量特征：有些零件在测量时容易出现测量困难，所以添加工艺辅助特征，此种工艺辅助特征自身的精度较高，很好地解决了操作者难测量的问题。辅助装配特征：部分零件在装配时，没有装配定位，无法达到装配要求，在零件上增添工艺辅助特征，即可方便装配定位，满足装配要求。

步骤3中在工艺辅助特征库中匹配工艺辅助特征，如图3所示，具体匹配算法步骤如下：

步骤3.1：判断零件类型；

步骤3.2：判断工艺辅助特征类型；

步骤3.3：基于工艺知识库匹配工艺辅助特征；

步骤3.4：输出匹配的工艺辅助特征。

步骤4中参数化特征建模，首先通过工艺辅助特征的驱动参数表确定参数类型，然后进行参数化特征建模，创建工艺辅助特征，流程如图4所示，具体步骤为：

步骤4.1：分析当前匹配的工艺辅助特征；

步骤4.2：根据工艺辅助特征的驱动参数表，确定特征参数；

步骤4.3：根据参数化尺寸创建参数表达式；

步骤4.4：创建参数化图形模版；

步骤4.5：创建参数化程序框架；

步骤4.6：编写参数化程序；

步骤4.7：编译链接，生成动态链接库文件；

步骤4.8：运行调试程序，若满足要求则完成参数化特征建模，若不满足要求则返回步骤4.6。

实例中采用三维参数化三维建模，工艺人员通过确定驱动参数，使用参数表达式进行三维建模，参数化图形模版采用UG表达式来进行三维建模，更改表达式的值则相应的三维模型的约束值会发生相应的改变，驱动参数值的时候可使用UG二次开发创建程序框架和编写程序。采用用户交互程序访问工艺辅助特征库。

步骤5的工艺辅助特征的添加准则如下：

(1)位置添加准则：不能影响刀具对其他特征的加工，工艺辅助特征添加在零件的粗基准面上；

(2)数量添加准则：若工艺辅助特征用于辅助定位，定位工艺辅助特征为偶数个；若工艺辅助特征用于辅助装夹，装夹工艺辅助特征为偶数个，所添加的工艺辅助特征均匀分布，使得零件完全定位、装夹。

步骤5针对于模型上工艺辅助特征的添加方法，如图5所示，其步骤如下：

步骤5.1：确定添加面：获取工艺辅助特征与工序间模型的接触表面，并且获取工序间模型添加的表面，并且这两个面合并；

步骤5.2：确定位置：调整工艺辅助特征在工序间模型表面上的位置参数，确定工艺辅助特征的位置。

步骤5.3：布尔运算：工艺辅助特征与工序间模型进行布尔和运算；

步骤5.4：添加工艺信息：添加工艺辅助特征的工艺信息，最终完成工艺辅助特征的添加。

实例结合图6、图7所示的薄壁件为例阐述本发明实施例的实现过程。由图6所示，设计模型出发，逆序建立工序间模型，分析薄壁件加工工艺，需要添加工艺辅助特征创建工序间模型4，按照本发明方案，首先在工艺辅助特征库中匹配工艺辅助特征，匹配算法如图3所示；然后参数化创建工艺辅助特征，参数化建模的过程如图4所示；如图8所示，方形工艺辅助特征的驱动参数有长度l，宽度w，高度h以及倾斜角α；圆柱工艺凸台的驱动参数有直径高度h以及倾斜角α；方形工艺凸耳的驱动参数有长度l，宽度w，高度h，倒圆角半径R以及耳眼直径梯形工艺凸耳的驱动参数有长度l，宽度w，角度α，倒圆角半径R以及耳眼直径将驱动参数基于工艺辅助特征库进行管理；满足工艺辅助特征添加准则，最后按照工艺辅助特征添加方法添加工艺辅助特征，工艺辅助特征添加方法如图5所示，最终完成创建工序间模型4。

然后添加螺纹孔特征完成工序间模型3，按照本发明方案，添加螺纹孔特征首先获取去除特征体，首先获取去除体特征的加工表面，识别去除体特征，然后创建去除特征体，完成去除特征体与模型的布尔运算，完成创建工序间模型3，其次用同样的添加去除体特征的方法添加铣平面特征1完成工序间模型2，再添加铣平面特征2完成工序间模型1，最后添加孔特征完成毛坯特征，具体流程如图1所示。

如附图4，薄壁件需要添加工艺辅助特征时，首先，在工艺辅助特征库中匹配与薄壁件相匹配的工艺辅助特征为梯形工艺凸耳；然后，驱动梯形工艺凸耳的参数长度l，宽度w，角度α，倒圆角半径R以及耳眼直径完成参数化建模；其次，由工艺辅助特征的添加准则可知，工艺凸耳要添加在薄壁件的粗基准面上，添加数量为偶数个；接着在添加工艺凸耳时，按照工艺辅助特征添加方法，选择零件表面，工序间模型的粗基准面高亮显示，同时选择工艺辅助特征与工序间模型的接触面，将这两个面合并，调整工艺辅助特征在工序间模型表面上的位置参数，确定工艺辅助特征的位置；最后，工艺辅助特征与工序间模型进行布尔和运算；添加工艺辅助特征的工艺信息，最终完成工艺辅助特征的添加。