一种融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法与流程

1.本技术涉及数控工艺设计技术领域，特别是涉及一种融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法。


背景技术：

2.随着全球迈入第四次工业革命，以“智能化”为灵魂、“数据”为关键的工业4.0，在动态变化的竞争环境下势必推动产业的升级，对产品制造提出新的挑战。工艺设计作为产品制造的重要环节，是智能制造的重要组成部分，其智能化水平直接影响着产品制造的质量和效率。
3.目前，以cad/cam等为代表的先进制造技术在产品制造过程中的广泛应用，产生的三维cad模型及其关联的cam模型(定义为由cam系统生成的编程文件，如catia的.catprocess文件、ug的.prt文件等)数据(简称工艺数据)量呈指数级增长，其是设计人员的知识、智慧和经验的最直接有效载体。但是目前没有很好的分析和挖掘艺数据中包含的工艺知识和经验的问题，使得工艺数据中包含的工艺知识和经验无法有效的重用。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够使工艺数据中包含的工艺知识和经验得到有效重用的融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法。
5.一种融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法，所述方法包括：
6.对工艺数据进行预处理，根据生成的子加工区域集，构建所述子加工区域集中各子加工区域之间的几何依赖关系，并提取工艺参数；
7.根据所述工艺参数，分析各所述子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各所述子加工区域与加工操作相关联；
8.对所述子加工区域关联加工操作的工艺设计意图捕获，提取各所述子加工区域之间工艺情境合并关系；
9.根据加工操作关联的子加工区域、对应的工艺设计意图以及各所述子加工区域之间工艺情境合并关系，通过自底向上聚类提取零件的宏观工艺过程，构建工艺因果解析后的工艺树。
10.在其中一个实施例中，所述对工艺数据进行预处理，根据生成的子加工区域集，构建所述子加工区域集中各子加工区域之间的几何依赖关系，并提取工艺参数的步骤，包括:
11.对工艺数据中三维cad模型从可制造性角度的分割，生成子加工区域集，构建所述子加工区域集中各子加工区域的几何依赖关系；
12.从cam模型中提取设计人员交互设定工艺参数。
13.在其中一个实施例中，所述根据所述工艺参数，分析各所述子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各所述子加工区域与加工操作相关联的步骤，包括：
14.通过计算刀位轨迹点在制造特征加工面上的投影点是否在实体面内部，确定各所
述子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各所述子加工区域与加工操作相关联。
15.在其中一个实施例中，所述对所述子加工区域关联加工操作的工艺设计意图捕获，提取各所述子加工区域之间工艺情境合并关系包括：
16.根据加工余量判断加工操作的阶段，以及根据所述加工操作所关联的子加工区域推理加工阶段的类型，提取各所述子加工区域之间工艺情境合并关系。
17.在其中一个实施例中，所述根据加工操作关联的子加工区域、对应的工艺设计意图以及各所述子加工区域之间工艺情境合并关系，通过自底向上聚类提取零件的宏观工艺过程，构建工艺因果解析后的工艺树的步骤，包括：
18.根据加工操作关联的子加工区域，获得宏观工艺过程的子加工区域集smr；
19.依序对具有相同工艺设计意图、采用同一刀具与轴向的加工操作进行聚类，获得宏观工艺过程的工步集ws；
20.依序对属于同一个加工阶段、采用同一刀具轴向的工步进行聚类，获得宏观工艺过程的工序集wp；
21.以及依序对具有相同刀具轴向的工序进行聚类，提取宏观工艺过程的工位集wo；
22.将工位wo、工序wp、工步ws与子加工区域smr将构成一个树型层次结构，获得工艺因果解析后的工艺树。
23.上述融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法，通过对工艺数据进行预处理，根据生成的子加工区域集，构建子加工区域集中各子加工区域之间的几何依赖关系，并提取工艺参数；根据工艺参数，分析各子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各子加工区域与加工操作相关联；对子加工区域关联加工操作的工艺设计意图捕获，提取各子加工区域之间工艺情境合并关系；根据加工操作关联的子加工区域、对应的工艺设计意图以及各子加工区域之间工艺情境合并关系，通过自底向上聚类提取零件的宏观工艺过程，构建工艺因果解析后的工艺树，能够有效捕获不同粒度的工艺设计意图，实现工艺数据的多层次结构化表征，从而支持工艺设计意图引导的数控工艺重用。
附图说明
24.图1为一个实施例中融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法的流程示意图；
25.图2为一个实施例中三轴数控铣削加工零件的结构示意图；
26.图3为一个实施例中三轴数控铣削加工零件的局部结构示意图；
27.图4为一个实施例中子加工区域关联加工操作工艺设计意图捕获的结构示意图。
具体实施方式
28.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
29.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法，包括以下步骤：
30.步骤s220，对工艺数据进行预处理，根据生成的子加工区域集，构建子加工区域集
中各子加工区域之间的几何依赖关系，并提取工艺参数。
31.在一个实施例中，对工艺数据进行预处理，根据生成的子加工区域集，构建子加工区域集中各子加工区域之间的几何依赖关系，并提取工艺参数的步骤，包括:对工艺数据中三维cad模型从可制造性角度的分割，生成子加工区域集，构建子加工区域集中各子加工区域的几何依赖关系；从cam模型中提取设计人员交互设定工艺参数。
32.其中，通常工艺数据既包含源于零件设计阶段的三维cad模型，又包含源于零件制造阶段的cam模型，是cad与cam关联分析的综合载体。工艺数据预处理主要包括工艺数据中三维cad模型从可制造性角度的分割，以生成子加工区域集，以及cam模型中设计人员交互设定的工艺参数的提取，如，驱动几何、刀具、方向等。
33.步骤s240，根据工艺参数，分析各子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各子加工区域与加工操作相关联。
34.在一个实施例中，根据工艺参数，分析各子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各子加工区域与加工操作相关联的步骤，包括：通过计算刀位轨迹点在制造特征加工面上的投影点是否在实体面内部，确定各子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各子加工区域与加工操作相关联。
35.其中，子加工区域smr定义为满足如下3个条件的加工面集s，条件1：对于加工面集s中的任意两个加工面fi与fj，存在一条连接fi与fj的路径l，并且l中的每条边都是非凸边；条件2：对于给定的可行刀具轴向nj，有且只有一个面bj垂直于nj，其中bj称作底面，而其他面构成侧面集sj；条件3：至少存在一个满足条件2的刀具轴向nj(ni∈n)，其中，n为可行刀具轴向集。
36.加工操作op
t
(smri)定义为子加工区域smri在时刻t的工艺设计意图(如粗加工、轮廓精加工、底面精加工等)的具体实现，主要由驱动几何d
t
、刀具t
t
、刀具轴向n
t
、切削参数等组成。刀位轨迹定义为切削刀具在每一个加工操作的加工过程中所走过的轨迹，刀轨点定义为刀具加工中在空间的位置点。
37.子加工区域smr与加工操作op
t
之间关联关系判断方法，主要是通过计算刀位轨迹点在加工面上的投影点是否在实体面内部。假定子加工区域smr与加工操作op
t
，其中smr的底面为fb，轮廓面集合为s，加工操作op
t
所对应的刀位轨迹是由n个刀位点组成，记作：op
t
＝{pi}，1≤i≤n。对于任一刀位点pi(pi∈op
t
)，如果fb不为空，计算点pi在面fb上的投影点p，如果p满足：p∈fb，且‖ppi‖≤δ1(δ1为底面加工余量)，ppi·
n(p)》0，其中n(p)为面fb在点p处的法矢，则标记bool(fb)为真，否则bool(fb)为假；同理，如果s不为空，对于s中任意一个轮廓面fs，计算点pi在面fs上的投影点p，如果p满足：p∈fs，且‖ppi‖≤δ2 r(δ2为侧面加工余量，r为刀具半径)，ppi·
n(p)》0，其中n(p)为面fs在点p处的法矢，则标记bool(fb)为真，否则bool(fb)为假。
38.根据子加工区域smr的类型，下面给出子加工区域与加工操作关联性判断的几种情形：
39.case 1：smr为面特征，即s为空，当bool(fb)为真时，op
t
与smr关联；
40.case 2：smr为轮廓特征，即fb为空，当bool(fs)为真时，op
t
与smr关联；
41.case 3：smr为型腔特征，即fb与s均不为空，当bool(fb)与bool(fs)均为真时，op
t
与smr关联。
42.下面,给出了一个子加工区域smr与加工操作op
t
关联实例，如图2所示，为一个三轴数控铣削加工零件，提取其中一个制造特征f，其实体几何模型为vol(f)，如图3所示，由于fb与s均不为空，因此，子加工区域smr为型腔特征。图3中刀位点pi在底面fb和轮廓面fs的投影点分别为p1和p2，图3可知，p1∈fb，p2∈fs，但p1和p2不满足距离约束，因此，无法从pi判断加工操作o
p
与特征f的关联性；而刀位点pj与pk分别对于面fb和fs满足所有约束，因此加工操作op
t
与子加工区域smr相关联。
43.步骤s260，对子加工区域关联加工操作的工艺设计意图捕获，提取各子加工区域之间工艺情境合并关系。
44.在一个实施例中，对子加工区域关联加工操作的工艺设计意图捕获，提取各子加工区域之间工艺情境合并关系包括：根据加工余量判断加工操作的阶段，以及根据加工操作所关联的子加工区域推理加工阶段的类型，提取各子加工区域之间工艺情境合并关系。
45.其中，工艺设计意图是零件制造阶段的cam模型中，主要包括粗加工、二次粗加工、轮廓半(精)加工与底面半(精)加工等，粗加工主要去除各加工层表面大部分残留，而其他加工操作依附于粗加工，通过粗加工区域的径向与纵向动态扩展生成加工面的形状。设计人员对于工件待加工面要进行的加工操作的具体实际意图，如轮廓粗加工，底面精加工等等。设计人员在设计过程中往往不会进行具体意图的标注，本技术就是对具体的工艺设计意图进行提取标注出来。加工余量定义为零件在加工过程中，将工件上待加工表面的多余金属通过机械加工的方法去除掉，获得设计要求的加工表面，零件表面预留的(需切除掉的)金属层的厚度。
46.对于任意一个加工操作op
t
，均具有特定的工艺设计意图，如粗加工、精加工、底面加工、轮廓加工等。而工艺设计意图捕获的核心是根据加工余量判断加工操作的阶段，如粗加工、半精加工等等，以及根据加工操作所关联的子加工区域推理加工阶段的类型，如底面精加工、轮廓精加工等。因而需要提取每个加工操作的加工余量和构建加工操作和子加工区域的关联关系。
47.参照图4所示，给出了子加工区域关联加工操作工艺设计意图捕获实例。假设smr9在时刻t采用的刀具为d4，径向加工余量δr与轴向加工余量δa均为0mm。在时刻t之前，smr9已采用刀具d8进行了一次粗加工(δr＝0.2，δa＝0.1)。根据驱动几何d
t
，smr9在该工艺情境下的子实际有效加工区域为sremr
t910
。由图4可知，sremr
t910
由3部分组成，即4个mgr、1个mgf与1个mg
p
，因而可得加工操作op同时具有轮廓精加工、二次粗加工与底面精加工三种工艺设计意图。
48.工艺情境合并关系指的是两个加工操作具有相同的工艺设计意图和相同的刀具轴向，即存在合并关系。在加工操作工艺设计意图捕获基础上，根据动态加工特征的定义，通过加工操作op关联子加工区域smr的分层迭代聚类，可识别加工操作op在各加工层的动态加工特征。给定2个具有几何依赖关系的子加工区域smrg与smri(smri依赖于smrg)，如果它们在时刻t满足如下条件：(1)smrg与smri具有相同的工艺设计意图c；(2)smrg与smri属于同一个驱动几何，则可合并为一个动态加工特征。因此，在工艺情境c下，smrg与smri之间存在合并关系。若2个子加工区域smri与smrj之间存在工艺情境合并关系，则smri与smrj在工艺情境c下可以一起加工。
49.步骤s280，根据加工操作关联的子加工区域、对应的工艺设计意图以及各子加工
区域之间工艺情境合并关系，通过自底向上聚类提取零件的宏观工艺过程，构建工艺因果解析后的工艺树。
50.在一个实施例中，根据加工操作关联的子加工区域、对应的工艺设计意图以及各子加工区域之间工艺情境合并关系，通过自底向上聚类提取零件的宏观工艺过程，构建工艺因果解析后的工艺树的步骤，包括：
51.根据加工操作关联的子加工区域，获得宏观工艺过程的子加工区域集smr；依序对具有相同工艺设计意图、采用同一刀具与轴向的加工操作进行聚类，获得宏观工艺过程的工步集ws；依序对属于同一个加工阶段、采用同一刀具轴向的工步进行聚类，获得宏观工艺过程的工序集wp；以及依序对具有相同刀具轴向的工序进行聚类，提取宏观工艺过程的工位集wo；将工位wo、工序wp、工步ws与子加工区域smr将构成一个树型层次结构，获得工艺因果解析后的工艺树。
52.其中，的自底向上聚类指的是根据加工操作关联的子加工区域，获得宏观工艺过程的子加工区域集smr；依序对具有相同工艺设计意图、采用同一刀具与轴向的加工操作进行聚类，获得宏观工艺过程的工步集ws；依序对属于同一个加工阶段、采用同一刀具轴向的工步进行聚类，获得宏观工艺过程的工序集wp；以及依序对具有相同刀具轴向的工序进行聚类，提取宏观工艺过程的工位集wo。
53.构建工艺因果解析后的工艺树包括：
54.的工艺因果解析后的数据包括工位、合并后的工序信息、合并后的工步信息以及关联子加工区域信息。工位wo、工序wp、工步ws与子加工区域smr将构成一个树型层次结构，即smr∈ws∈wp∈wo。因此，自顶向下随着层次的深入，即从工位wo到子加工区域smr，工艺信息将被详细地给出。
55.上述融合工艺设计意图的工艺数据结构化表征方法，通过对工艺数据进行预处理，根据生成的子加工区域集，构建子加工区域集中各子加工区域之间的几何依赖关系，并提取工艺参数；根据工艺参数，分析各子加工区域与加工操作之间的关联关系，将各子加工区域与加工操作相关联；对子加工区域关联加工操作的工艺设计意图捕获，提取各子加工区域之间工艺情境合并关系；根据加工操作关联的子加工区域、对应的工艺设计意图以及各子加工区域之间工艺情境合并关系，通过自底向上聚类提取零件的宏观工艺过程，构建工艺因果解析后的工艺树，能够有效捕获不同粒度的工艺设计意图，实现工艺数据的多层次结构化表征，从而支持工艺设计意图引导的数控工艺重用。
56.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
57.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
58.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。