斜面上凸起特征映射為制造特征體積的映射方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種將斜面上凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的映射方法，其特征在于、具體步驟如下：步驟1，基于交互式方式獲取斜面上凸起特征的面組及其相鄰面；步驟2，判斷斜面上的凸起特征類型是單體積凸起特征還是多體積凸起特征，如果為多體積凸起特征，則將多體積凸起特征轉(zhuǎn)化為單體積凸起特征，并形成新的傾斜平面以及制造特征體；步驟3，根據(jù)單體積凸起特征的映射算法，映射相應(yīng)的制造特征體；步驟4，輸出步驟2和步驟3獲取的制造特征體。采用本發(fā)明，解決了在面向機加工零件含有斜面上凸起特征而不能快工藝創(chuàng)建工藝模型的問題，實現(xiàn)了提高工藝規(guī)劃效率的目的。
【專利說明】斜面上凸起特征映射為制造特征體積的映射方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及三維工序間模型創(chuàng)建方法，尤其涉及三維機加工藝設(shè)計過程中，斜面上凸起特征轉(zhuǎn)化為制造特征體積的映射方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在全三維模型的工藝規(guī)劃系統(tǒng)中，快捷地獲取形成零件上加工特征而切除的材料體積能夠方便于創(chuàng)建工序間模型以及更方便顯示工藝信息，提高機加工零件工藝規(guī)劃的效率。
[0003]凸起特征和凹陷特征是加工零件中最為常見的特征類型。在工藝規(guī)劃過程中，凹陷特征與加工工藝信息緊密相連，能夠快捷的獲取加工過程中去除的材料體積，方便于工藝規(guī)劃，然而，凸起特征卻不能快速獲取形成該特征所去除的材料體積，阻礙了工藝規(guī)劃的效率。凸起特征在機加工零件中是一種常見的加工特征，它不僅能夠降低表面粗糙度，保證連接的緊密性，而且能夠增加結(jié)構(gòu)強度和剛度。針對平面上的凸起特征，可以通過偏移平面至凸起特征的上表面可以獲取相應(yīng)的去除體積，然而利用偏移平面的方法卻不能獲取傾斜面上凸起特征所對應(yīng)的去除材料體積，因此，迫切需要一種能將斜面上凸起特征轉(zhuǎn)化為去除材料體積的轉(zhuǎn)換策略。
[0004]加工形成斜面上的凸起特征所去除的材料體積幾乎都是不規(guī)則的形狀特征，在基于商業(yè)化的三維CAD軟件進行創(chuàng)建該特征所對應(yīng)的去除體積，不僅難以實現(xiàn)而且工作量大，由于機加工零件上存在斜面上凸起特征而大大降低了該零件工藝規(guī)劃的效率。針對將加工零件上存在的斜面上凸起特征映射為所去除的材料體積的問題，目前尚未提出有效的
解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及機加工零件的三維工序間模型創(chuàng)建，主要是解決斜面上凸起特征映射為制造特征體的問題，而提出一種能夠基于幾何推理方法將斜面上凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的映射方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明所面向的是機加工零件上包含的傾斜平面上的凸起特征，將斜面上凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的映射方法，其具體步驟如下:
[0008]步驟1，基于交互式方式獲取斜面上凸起特征的面組及其相鄰面；
[0009]步驟2，判斷斜面上的凸起特征類型是為單體積凸起特征還是多體積凸起特征；
[0010]步驟3，對應(yīng)該特征具體類型的映射方法，映射相應(yīng)的制造特征體。
[0011]所述的傾斜平面上凸起特征的分類，是根據(jù)加工傾斜平面所去除的材料體積是否能夠包含凸起特征的體積，將該特征分為單體積凸起特征以及多體積凸起特征；所述的單體積凸起特征對應(yīng)一個制造特征體，多體積凸起特征對應(yīng)多個凸起特征；所述不同的傾斜平面上凸起特征類型對應(yīng)于不同的映射方法；[0012]所述的單體積凸起特征與多體積特征的判斷方法如下:
[0013](I)根據(jù)傾斜面相鄰面的拓?fù)潢P(guān)系，將該特征分為兩種類型進行分析:含有兩組平行相鄰面以及含有一組平行相鄰面；
[0014](2)針對含有一組平行相鄰面的處理方法:首先，獲取凸起特征上的所有點，以及與傾斜面不垂直的兩相鄰面及其法向量，兩相鄰面作為投影面，然后沿各投影平面法向量的逆向方向?qū)⑺悬c投影于獲取的兩相鄰面，最后，若投影面內(nèi)有投影點，則說明該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，否則為單體積凸起特征。
[0015](3)針對含有兩組平行相鄰面的處理方法:首先，獲取凸起特征上的所有點集，以及與傾斜面夾角最大的相鄰面及其法向量，然后，計算與傾斜面夾角最小的相鄰面及其相交邊，通過相交邊作一個虛擬平面并垂直于相鄰面，獲取該虛擬平面的法向量，隨后，將獲取的所有點投影于獲取的相鄰面及其虛擬平面，并沿各投影平面法向量的逆向方向，最后，若投影面內(nèi)有投影點，則說明該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，否則為單體積凸起特征。
[0016]所述的各類型的映射方法，面向多體積凸起特征映射方法的策略為將其轉(zhuǎn)換為單體積凸起特征。其各類型的具體實施步驟如下:
[0017](I)單體積凸起特征的映射方法
[0018]步驟1，獲取傾斜平面的相鄰面，若只存在一對相互平行的相鄰面，則延展各相鄰面并在空間中相交，并結(jié)合傾斜平面所形成的最小體積就是該特征所對應(yīng)的制造特征體。
[0019]步驟2，獲取傾斜平面的相鄰面，若存在兩對相互平行的相鄰面，獲取與傾斜平面夾角較小的相鄰面及其相交邊，通過相交邊作以虛擬平面并與該相鄰平面垂直，然后延展其余相鄰面并在空間中相交，結(jié)合傾斜平面所形成的體積就是該特征所對應(yīng)的制造特征體。
[0020](2)多體積凸起特征的映射方法，獲取傾斜平面的相鄰面，判斷相鄰面的拓?fù)潢P(guān)系;
[0021]步驟1，若只存在一對相互平行的相鄰面，首先，計算凸起特征上的點到各投影面的最大距離，然后，沿各投影面的法向量偏移至最大距離處形成兩個體積，隨后，延展傾斜平面并與所形成的體積相交，刪除沿傾斜平面法向量一側(cè)的體積，形成新的傾斜平面以及制造特征體，此時多體積特征轉(zhuǎn)換為單體積凸起特征進行處理獲取對應(yīng)的制造特征體，最后，輸出生成的三個制造特征體；
[0022]步驟2，若只存在兩對相互平行的相鄰面，首先，獲取與傾斜平面夾角最小的相鄰面及相交邊，過相交邊作一虛擬平面并與該相鄰面垂直，另一相鄰面與虛擬平面作為投影面，沿投影面法向量的逆向并計算凸起特征上的點到投影面的最大投影距離，然后，計算與傾斜面不垂直的相鄰面的偏移距離并偏移后形成兩個體積，隨后，延展傾斜平面并與所形成的體積相交，刪除沿傾斜平面法向量一側(cè)的體積，形成新的傾斜平面以及制造特征體，此時多體積特征轉(zhuǎn)換為單體積凸起特征進行處理獲取對應(yīng)的制造特征體最后，輸出生成的三個制造特征體。
[0023]本發(fā)明涉及機加工零件的三維工序間模型創(chuàng)建，主要是解決斜面上凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的問題，而提出一種能夠基于幾何推理方法將斜面上凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的映射方法。[0024]斜面上的凸起特征定義為:在一傾斜平面內(nèi)有封閉內(nèi)環(huán)，且該內(nèi)環(huán)都是由非凸邊組成，并且在傾斜平面上具有凸起特征，該凸起特征稱為斜面上的凸起特征，該傾斜平面被稱為凸起特征的支撐面。
[0025]三維工序間模型是指用集成化三維模型直觀的顯示工藝要求及工序過程結(jié)果；制造特征體是指加工過程中為形成某加工特征而去除的材料體積。
[0026]幾何推理方法是指利用幾何特征之間的拓?fù)潢P(guān)系及其屬性按照一定規(guī)則進行推理的方法；斜面上的凸起特征具有以下幾何屬性:
[0027]I)凸起特征定位于傾斜平面上；
[0028]2)支撐面與凸起特征的相交邊為非凸邊；
[0029]3)凸起特征上定存在與支撐面的距離最大的點。
[0030]根據(jù)加工傾斜平面所去除的材料體積是否能夠包含凸起特征的體積，將該特征分為單體積凸起特征以及多體積凸起特征；單體積凸起特征對應(yīng)一個制造特征體，多體積凸起特征對應(yīng)多個制造特征體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是本發(fā)明斜面上凸起特征及其制造特征體的示意圖。
[0032]圖2是本發(fā)明斜面上的凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的流程圖。
[0033]圖3是本發(fā)明含有一組平行相鄰面的多體積凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的示意圖。
[0034]圖4是本發(fā)明含有兩組平行相鄰面的多體積凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面將結(jié)合附圖1-4和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明:本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0036]如圖1所示為斜面上的凸起特征以及映射的三個制造特征體如(a)、(b)、(C)所
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[0037]如圖2所示為映射斜面上的凸起特征的映射方法流程，該方法首先獲取該特征上的面組及其相鄰面；然后，判斷該特征的類型，并分別對應(yīng)于單體積凸起特征映射方法或者是多體積凸起特征映射方法；最后，映射所有的制造特征體。具體的技術(shù)路線如下:
[0038]實施例1
[0039]如圖3所示，該斜面上的凸起特征映射相應(yīng)的制造特征體需要按照如下四個步驟進行實施:
[0040]步驟1，識別該斜面上凸起特征的組成面組及其相鄰面:
[0041]所述特征的組成面組是指為加工該特征所去除材料后形成的特征表面，傾斜面上凸起特征的面組包括傾斜平面以及凸起特征的組成平面。該特征的相鄰面是指與傾斜平面相鄰接的平面。
[0042]具體識別該特征面組的過程為:交互式選取傾斜平面為搜索種子面，根據(jù)該組成面之間的拓?fù)潢P(guān)系以及組成邊的屬性關(guān)系(如:邊分為:凹邊、凸邊以及相切邊)，運用幾何推理的方法識別該特征的所有組成面并保存于一個列表中，隨后根據(jù)傾斜平面識別該特征的相鄰平面并保存于另一個列表中，并記錄與傾斜平面不相互垂直的相鄰面記為Fl和F2以及對應(yīng)的法向量瓦和見，如圖3(b)所示。
[0043]步驟2，判斷該斜面上凸起特征的類型:
[0044]斜面上的凸起特征分為:單體積凸起特征以及多體積凸起特征。單體凸起特征是指加工傾斜面所去除的材料體積大于斜面上的凸起特征的體積的類型，為單工序加工生成的特征，則相應(yīng)的有單個制造特征體；多體積凸起特征是指加工傾斜面所去除的材料體積小于斜面上的凸起特征的體積的類型，為多工序加工生成的特征，則相應(yīng)的有多個制造特征體。
[0045]具體的判斷過程為:獲取凸起特征上所有點集，延展相鄰平面，并沿相鄰面法向量的逆向投影于各延展面，若延展的相鄰面上有投影點，則說明該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，否則為單體積凸起特征。由圖3(c)所示，通過將凸起特征上的點集投影于延展面上，以邊界點P1、P2、P3、P4為例，Pl和P2點在Fl平面沿法向量NI的逆向投影于延展面Fl上，有投影點P5和P6，P3和P4點在F2平面沿法向量N2的逆向投影于延展面F2上，有投影點P7和P8，，所以，可以確定該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，并記錄凸起特征上的點Pl和P2到延展面Fl上的投影距離最大值Hl以及P3和P4到延展面F2上的投影距離最大值H2。
[0046]步驟3，轉(zhuǎn)換為單體積凸起特征:
[0047]轉(zhuǎn)換的具體過程為:首先將不垂直于傾斜面的相鄰面沿該面的法向量偏移至最大距離處形成兩處體積，隨后傾斜平面延展形成的平面F3與所形成的體積相交，并刪除沿傾斜平面法向量一側(cè)的體積，形成新的傾斜平面F4以及制造特征體Vl和V2，此時斜面上的凸起特征轉(zhuǎn)化為單體積凸起特征，如圖3(d)和(e)所示。
[0048]步驟4,創(chuàng)建制造特征體:
[0049]具體實施過程為:獲取新的傾斜平面的相鄰面，并延展獲取的相鄰面相交于空間中，并結(jié)合轉(zhuǎn)化的單體積凸起特征的面組，所圍成的體積就是所求的制造特征體V3。輸出該過程中所獲取的制造特征體V1、V2和V3，如圖3(f)所示。
[0050]實施例2
[0051]如圖4所示，該斜面上的凸起特征含有兩組平行相鄰平面，映射相應(yīng)的制造特征體需要按照如下四個步驟進行實施:
[0052]步驟1，識別該斜面上凸起特征的組成面組及其相鄰面并創(chuàng)建虛擬平面:
[0053]具體識別該特征面組的過程為:獲取該特征的面組及其相鄰面，獲取與傾斜平面不垂直的兩相鄰面并計算與傾斜平面之間的夾角Ψ1和Ψ2，確定其中的較大夾角為Ψ1相鄰面F2的法向量記為及,然后確定最小夾角Ψ2對應(yīng)相鄰面與傾斜平面的相交邊Ε1，并通過該相交邊El作虛擬平面Fl并與其它相鄰平面垂直，如圖4(b)所示。
[0054]步驟2，判斷該斜面上凸起特征的類型:
[0055]具體的判斷過程為:獲取凸起特征上所有點集，以邊界點Ρ1、Ρ2為例，延展與傾斜平面不垂直的相鄰平面F2，并沿相鄰面法向量仍的逆向投影于延展面F2以及沿虛擬平面法向量的逆向投影到虛擬平面Fl上，若延展的相鄰面F2及虛擬平面Fl上有投影點，則說明該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，否則為單體積凸起特征。由圖3(c)所示，通過將凸起特征上的點集投影于延展面上，在延展面F2及虛擬平面Fl上各有投影點P3及P4，可以確定該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，并記錄凸起特征上的點到延展面F2的距離為Hl到虛擬平面上的距離為H2。
[0056]步驟3，轉(zhuǎn)換為單體積凸起特征:
[0057]轉(zhuǎn)換的具體過程為:偏移與傾斜面夾角較大的相鄰面F2沿該面法向量#1至Hl處以及偏移虛擬平面Fl沿該面法向量方向至H2處形成新的虛擬平面F3，然后延展傾斜平面并與偏移后的體積及虛擬平面相交，刪除傾斜面法相量iv方向一側(cè)的體積，獲得制造特征體VI，獲取與偏移后的虛擬平面F3的相交邊E2，如圖4(e)所示；偏移與傾斜面夾角較小的相鄰面至E2處，獲取偏移后的制造特征體V2，如圖4(f)所示，形成新的傾斜平面F4，將原多體積凸起特征轉(zhuǎn)化為單體積凸起特征。
[0058]步驟4,創(chuàng)建制造特征體:
[0059]具體實施過程為:獲取新的傾斜平面的相鄰面，并延展獲取的相鄰面相交于空間中，并結(jié)合轉(zhuǎn)化的單體積凸起特征的面組，所圍成的體積V3就是該單體積凸起特征對應(yīng)的制造特征體，輸出該過程中所獲取的制造特征體V1、V2和V3，如圖4(h)所示。
[0060]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。對于任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的相關(guān)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)的前提下，還可以做出若干改進和修飾，這些改進和修飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種將斜面上凸起特征映射相應(yīng)制造特征體的映射方法，其特征在于、具體步驟如下: 步驟1，基于交互式方式獲取斜面上凸起特征的面組及其相鄰面； 步驟2，判斷斜面上的凸起特征類型是單體積凸起特征還是多體積凸起特征，如果為多體積凸起特征，則將多體積凸起特征轉(zhuǎn)化為單體積凸起特征，并形成新的傾斜平面以及制造特征體； 步驟3,根據(jù)單體積凸起特征的映射算法,映射相應(yīng)的制造特征體； 步驟4，輸出步驟2和步驟3獲取的制造特征體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的映射方法，其特征在于:所述的單體積凸起特征與多體積凸起特征的判斷方法如下:1)根據(jù)傾斜面相鄰面的拓?fù)潢P(guān)系，將該特征分為兩種類型進行分析:含有兩組平行相鄰面以及含有一組平行相鄰面； 2)針對含有一組平行相鄰面的處理方法:首先，獲取凸起特征上的所有點，以及與傾斜面不垂直的兩相鄰面及其法向量，兩相鄰面作為投影面，然后沿各平面法向量的逆向方向?qū)@取的點投影于延展的兩相鄰面，最后，若投影面內(nèi)有投影點，則說明該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，否則為單體積凸起特征； 3)針對含有兩組 平行相鄰面的處理方法:首先，獲取凸起特征上的所有點集，以及與傾斜面夾角最大的相鄰面及其法向量，然后，計算與傾斜面夾角最小的相鄰面及其相交邊，通過相交邊作一個虛擬平面并垂直于相鄰面，獲取該虛擬平面的法向量，隨后，將獲取的所有點投影于延展的相鄰面及其虛擬平面，并沿各平面法向量的逆向方向，最后，若投影面內(nèi)有投影點，則說明該斜面上的凸起特征為多體積凸起特征，否則為單體積凸起特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單體積映射方法，其特征在于: 步驟3的具體方法如下: 步驟I，獲取傾斜平面的相鄰面，若只存在一對相互平行的相鄰面，則延展各相鄰面并在空間中相交，并結(jié)合傾斜平面所形成的最小體積就是該特征所對應(yīng)的制造特征體； 步驟2，獲取傾斜平面的相鄰面，若存在兩對相互平行的相鄰面，獲取與傾斜平面夾角較小的相鄰面及其相交邊，通過相交邊作以虛擬平面并垂直于相鄰平面，然后延展其余相鄰面并相交于空間中，隨后結(jié)合獲取的特征面組所形成的體積就是該特征所對應(yīng)的制造特征體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的映射方法，其特征在于:所述多體積凸起特征轉(zhuǎn)化為單體積凸起特征的方法為: 步驟1，獲取傾斜平面的相鄰面，若存在一對相互平行的相鄰面，首先，計算凸起特征上的點到各投影面的最大距離，然后，沿各投影面的法向量偏移至最大距離處形成兩個體積，隨后，延展傾斜平面并與所形成的體積相交，刪除沿傾斜平面法向量一側(cè)的體積，形成新的傾斜平面以及制造特征體，此時多體積特征轉(zhuǎn)換為單體積凸起特征； 步驟2，獲取傾斜平面的相鄰面，若存在兩對相互平行的相鄰面，首先，獲取與傾斜平面夾角最小的相鄰面及相交邊，過相交邊作一虛擬平面并與該相鄰面垂直，另一相鄰面與虛擬平面作為投影面，沿投影面法向量的逆向并計算凸起特征上的點到投影面的最大投影距離，然后，計算與傾斜面不垂直的相鄰面的偏移距離并偏移后形成兩個體積，隨后，延展傾斜平面并與所形成的體積相交，刪除沿傾斜平面法向量一側(cè)的體積，形成新的傾斜平面以及制造 特征體，此時多體積特征轉(zhuǎn)換為單體積凸起特。
【文檔編號】G06F17/50GK104036096SQ201410302287
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】劉曉軍, 倪中華, 易紅, 劉金鋒, 程亞龍 申請人:東南大學(xué)