一種機加工藝特征樹及其構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)工藝，尤其涉及的是一種機加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于模型的定義(Model-BasedDefinition,MBD)技術(shù)是將產(chǎn)品所有相關(guān)的工藝 描述、屬性、管理等信息都附著在三維模型中的數(shù)字化定義方法。它使三維數(shù)模作為生產(chǎn)制 造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)的由三維實體模型來描述幾何信息，而用二維圖紙來定 義尺寸、公差和工藝信息的產(chǎn)品數(shù)字化定義方法。MBD技術(shù)是面向產(chǎn)品生命周期的數(shù)字化定 義技術(shù)。然而，從目前企業(yè)的應(yīng)用情況來看，僅設(shè)計部門實現(xiàn)了基于三維模型的設(shè)計，工藝 部門仍然采用傳統(tǒng)的二維工程圖。因此，就目前來說，僅僅實現(xiàn)了基于模型的設(shè)計信息表 達(dá)，工藝信息如何基于模型去表達(dá)還不是很明確。隨車三維計算機輔助設(shè)計（Computer AidedDesign,CAD)軟件在企業(yè)中的廣泛應(yīng)用及MBD技術(shù)的實施，傳統(tǒng)的二維工藝設(shè)計已不 能滿足企業(yè)的需求。首先是數(shù)據(jù)"斷層"，二維工藝設(shè)計不能夠直接應(yīng)用三維CAD軟件產(chǎn)生的 三維模型數(shù)據(jù)，需要將三維模型轉(zhuǎn)換為二維工程圖；其次，由于缺乏工序三維模型的支持， 難以對工裝設(shè)計的合理性和可行性進(jìn)行驗證;再次，工藝文件審簽通常以紙質(zhì)文件為主，難 以對工藝過程進(jìn)行有效的控制;最后，二維工藝文件的指導(dǎo)性差，工人通常不按照工藝文件 進(jìn)行生產(chǎn)。
[0003]在工藝信息表達(dá)方面，傳統(tǒng)的工藝信息一般以工藝對象為核心，存儲在數(shù)據(jù)庫中， 如西北工業(yè)大學(xué)的CAPPFramework和華中科技大學(xué)的開目CAPP，其工藝信息都是存儲在關(guān) 系數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。此外，【蔡長韜.基于STEP/XML的集成化工藝信息描述方法研究[J].計算機 集成制造系統(tǒng)，2008，14(5):912-917 ·】提出 了基于（extensibleMarkupLanguage，XML)的 集成化工藝信息描述方法。傳統(tǒng)的通過數(shù)據(jù)庫或XML來表達(dá)的機加工藝設(shè)計信息，難以實現(xiàn) 工藝設(shè)計信息與三維模型的關(guān)聯(lián)。
[0004] 在基于模型的設(shè)計信息表達(dá)方面，GB/T24734.2-2009《技術(shù)產(chǎn)品文件數(shù)字化產(chǎn)品 定義數(shù)據(jù)通則第2部分:數(shù)據(jù)集識別與控制》中規(guī)定了模型的內(nèi)容，包括標(biāo)注、設(shè)計模型和屬 性，如圖1所示，并將零件設(shè)計過程中的標(biāo)注、屬性等非幾何信息通過特征樹來組織，并與幾 何模型相關(guān)聯(lián)。然而，GB/T24734.2-2009定義的設(shè)計模型是面向設(shè)計信息表達(dá)的，難以實 現(xiàn)工藝信息的表達(dá)，其根本原因在于:缺乏面向工藝設(shè)計的三維模型，及一種面向工藝設(shè)計 過程的特征樹來記錄工藝設(shè)計信息。
[0005]基于模型的定義技術(shù)要求產(chǎn)品定義的各類信息按照模型的方式組織，要求工藝設(shè) 計信息直接定義在模型當(dāng)中。在零件的機加工藝設(shè)計過程當(dāng)中，由于缺乏機加工藝設(shè)計對 應(yīng)的三維模型，且缺乏記錄機加工藝信息的特征樹，導(dǎo)致難以實現(xiàn)基于模型的機加工藝信 息表達(dá)。為此，本發(fā)明提出了一種機加工藝特征樹及其構(gòu)建方法，將機加工藝設(shè)計過程中產(chǎn) 生的加工特征、注釋特征等信息通過工序節(jié)點進(jìn)行組織，并將工藝設(shè)計信息以屬性的方式 記錄在工序節(jié)點當(dāng)中，從而實現(xiàn)了基于模型的機加工藝信息表達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對以上問題，本發(fā)明提出了一種機加工藝特征樹及其構(gòu)建方法，將機加工藝設(shè) 計信息存儲在模型當(dāng)中，并與幾何信息緊密關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)了基于模型的工藝信息表達(dá)。
[0007]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的：一種機加工藝特征樹，假設(shè)一 個零件的加工工序數(shù)為η，毛坯模型包含的特征數(shù)為Mo，第i道工序所要加工的加工特征數(shù) 及標(biāo)注特征數(shù)之和為I，那么，機加工藝特征樹是由N(，= ? + ；￡Μ,+1)個節(jié)點組成的有 窮集合D以及D上的關(guān)系集合R構(gòu)成的有序樹，記為ΙΡΜ，ΙΡΜ的根節(jié)點IPMneD，IPMnR包含一 個分支節(jié)點ΙΡΜη，以及1個葉節(jié)點，其中分支節(jié)點IPMw是根節(jié)點的第一個節(jié)點，并且分支 節(jié)點本身又構(gòu)成一顆機加工藝特征樹，Μη個葉節(jié)點中的加工特征按照加工順序從左到右依 次排列。
[0008]進(jìn)一步的，機加工藝特征樹具有以下特點：
[0009] (1)機加工藝特征樹是一顆有序樹；
[0010] ⑵一個機加工藝特征樹由Ν個節(jié)點組成；
[0011] (3)假設(shè)工序數(shù)為η，那么機加工藝特征樹的深度為η+2;
[0012] (4)除了最底層外，機加工藝特征樹的每一層有且僅有一個分支節(jié)點，其余為葉子 結(jié)點；
[0013] (5)第i個工序模型節(jié)點的度為Mi+1;
[0014] (6)第i個工序?qū)?yīng)機加工藝特征樹的第n-i+2層，并且該層節(jié)點數(shù)為Mi+1;
[0015] (7)除了第一層及最底層之外，第i層的節(jié)點數(shù)為Mn-1+2+1。
[0016]進(jìn)一步的，機加工藝特征樹以工序為主線，反映了零件的加工過程，即從機加工藝 特征樹的最底層開始，在毛坯模型上面，切除若干個加工特征，并進(jìn)行工序尺寸的標(biāo)注，形 成一個新的工序模型，然后再在此工序模型的基礎(chǔ)上，切除若干個加工特征，并進(jìn)行尺寸的 標(biāo)注，從而形成一個新的工序模型，直到最后一道工序為止，最后形成的工序模型即設(shè)計模 型。
[0017] 進(jìn)一步的，機加工藝特征樹反映特征的加工順序，首先，是不同層次間特征的加工 順序，底層的加工特征先于頂層的加工特征加工;其次是同一層次上特征的加工順序，左側(cè) 節(jié)點的加工特征先于右側(cè)節(jié)點的加工特征加工。
[0018]進(jìn)一步的，工藝設(shè)計信息通過屬性的方式保存到模型當(dāng)中，如工序信息保存到工 序節(jié)點的屬性中，包括工序號、工序名稱、設(shè)備、工裝信息。。
[0019]本發(fā)明還提供了一種如上述任一項方案所述的機加工藝特征樹的構(gòu)建方法，包含 以下幾個步驟：
[0020] (1)毛坯模型設(shè)計
[0021 ]根據(jù)設(shè)計模型，確定零件的毛坯模型；
[0022] (2)工序模型定義
[0023]定義一個空的工序模型組件節(jié)點，并完善工序?qū)傩孕畔?，包括工序號、工序名稱、 機床、工裝，然后將毛坯模型或上一道工序的工序模型添加到新建的工序模型組件節(jié)點下 面；
[0024] (3)加工特征定義與尺寸標(biāo)注
[0025]在新建的工序模型組件節(jié)點下，定義本道工序所要加工的加工特征，并進(jìn)行工序 尺寸公差的標(biāo)注；
[0026] (4)工藝設(shè)計信息輸出
[0027] 當(dāng)所有工序模型定義完成之后，從模型當(dāng)中提取出零件的工藝信息，生成結(jié)構(gòu)化 的工藝信息，并將工藝信息、工序模型以及輕量化工序模型保存到產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)當(dāng)中， 車間通過工藝信息瀏覽器查看詳細(xì)的工藝設(shè)計結(jié)果。
[0028] 進(jìn)一步的，所述步驟（1)中，對于簡單的零件，其毛坯模型通過獲得零件的最大包 絡(luò)尺寸來生成，對于復(fù)雜的零部件，通過對零件設(shè)計模型進(jìn)行修改而獲得。
[0029] 進(jìn)一步的，所述步驟(2)中，工序模型節(jié)點的定義是一個遞歸定義，每道工序模型 都包含前一道工序模型和本道工序的加工特征和標(biāo)注特征。
[0030] 進(jìn)一步的，所述步驟(3)中，加工特征根據(jù)實際采用的加工方法映射出其建摸特 征，加工特征的草圖特征通過對設(shè)計模型或上一道工序的工序模型的幾何元素進(jìn)行投影或 投影偏移后獲得，特征的建模參數(shù)與設(shè)計模型保持關(guān)聯(lián)。
[0031 ]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：
[0032] 1、通過機加工藝特征樹，實現(xiàn)了基于模型的機加工藝信息表達(dá)，將機加工藝設(shè)計 過程中的尺寸、幾何公差、表面結(jié)構(gòu)等標(biāo)注信息和工藝設(shè)計信息都定義到模型當(dāng)中，并與幾 何信息相關(guān)聯(lián)。
[0033] 2、在傳統(tǒng)的三維工藝設(shè)計過程中，工藝設(shè)計和工序模型生成是串行的兩個獨立的 過程。通過機加工藝特征樹的構(gòu)建，將使工藝設(shè)計過程以工序模型構(gòu)建為核心，工藝設(shè)計過 程融入到工序模型的構(gòu)建過程中，而且工藝設(shè)計信息直接保存到工序模型當(dāng)中。
[0034] 3、避免了三維設(shè)計模型到二維工程圖轉(zhuǎn)換的"不增值"環(huán)節(jié)，提高了模型的投產(chǎn)效 率，降低了成本，縮短了產(chǎn)品的研制周期;通過產(chǎn)生的工序模型來快速設(shè)計工裝模型，并對 工裝的合理性和可行性進(jìn)行驗證，提高了工藝設(shè)計和工裝設(shè)計的并行性;現(xiàn)場操作人員不 僅能夠看到工藝信息，而且能夠看到零件加工的中間工序模型，提高了工藝設(shè)計的可指導(dǎo) 性。
【附圖說明】
[0035]圖1是基于模型的設(shè)計信息表達(dá)原理示意圖；
[0036]圖2是本發(fā)明機加工藝特征樹的原理圖；
[0037] 圖3是本發(fā)明機加工藝特征樹的構(gòu)建方法流程圖；
[0038] 圖4是本發(fā)明機加工藝特征樹的工序模型的遞歸定義示意圖；
[0039] 圖5是本發(fā)明實施例中的壓板機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040] 圖6是本發(fā)明實施例中壓板機裝配工藝結(jié)構(gòu)樹建立示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)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。
[0042]本發(fā)明提出了一種機加工藝特征樹及其構(gòu)建方法。
[0043]機加工藝特征樹以加工工序為基本單位，通過工序?qū)μ卣?包括加工特征和標(biāo)注 特征)進(jìn)行重新組織而形成的一個能夠反映加工過程和特征加工順序的特征樹。為了便于 對機加工藝特征樹進(jìn)行表示與存儲，本文通過圖論中的樹對其進(jìn)行描述，如圖2所示。
[0044]假設(shè)一個零件的加工工序數(shù)為n，毛坯模型包含的特征（包含加工特征和標(biāo)注特 征)數(shù)為Mo,第i道工序所要加工的加工