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基于B-rep的機(jī)加工特征識(shí)別方法

2024-04-191065DayinCMS

在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)/計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)領(lǐng)域,開發(fā)用于識(shí)別機(jī)加工特征(machined features)的方法一直被看作是一個(gè)重要研究課題。識(shí)別這些特征的主要目的是建立 CAD 系統(tǒng)到 CAM 系統(tǒng)之間的直接聯(lián)系,換言之,可以將 CAD 系統(tǒng)的輸出直接作為 CAM 系統(tǒng)輸入,以此提升 CAD/CAM 系統(tǒng)的綜合效率。

在一個(gè)典型的 CAD 系統(tǒng)中,至關(guān)重要的一部分是實(shí)體建模器(solid modeller),其目的是以數(shù)字形式建立工件的三維模型。依托于實(shí)體建模方案(solid modelling schemes),研發(fā)人員可以為圖形顯示工件、有限元分析、群組技術(shù)(GT)編碼和流程規(guī)劃等多種應(yīng)用開發(fā)相關(guān)算法。工件的實(shí)體模型文件通常被視作 CAD 系統(tǒng)的輸出產(chǎn)品,并因此作為典型機(jī)加工特征識(shí)別器的輸入。

目前廣泛運(yùn)用的兩大實(shí)體建模方案分別是構(gòu)造實(shí)體幾何(CSG,constructive solid geometry)和邊界表示(B-rep,boundary representation)。在 CSG 方案中,實(shí)體通過對(duì)各種基礎(chǔ)立體形狀(如長(zhǎng)方體和圓柱體)實(shí)施規(guī)范化布爾運(yùn)算來構(gòu)建。而在 B-rep 方案中,實(shí)體則是通過定義其邊界面來構(gòu)建,這些邊界面是空間中平面或曲面上限定區(qū)域。由于缺乏精確的數(shù)學(xué)公式來直接表達(dá),一個(gè)邊界面通常是間接通過定義其環(huán)、邊和頂點(diǎn)來描述的。這兩種實(shí)體建模方案都能精確描述一個(gè)典型工件的幾何形狀。然而,在 CSG 方案中表示的實(shí)體是隱式定義的,即在完成相關(guān)布爾運(yùn)算前,我們無法了解其確切外形。B-rep 方案中表示的實(shí)體雖然是顯式定義的,但是其構(gòu)成的基本元素(如面、環(huán)、邊和頂點(diǎn))通常被解讀為底層信息,不適合直接用于某些下游應(yīng)用,例如流程規(guī)劃等。

在相關(guān)領(lǐng)域的文獻(xiàn)中,機(jī)加工特征通常被視為適用于開發(fā)直接與 CAD 系統(tǒng)連接的自動(dòng)化流程規(guī)劃系統(tǒng)的高級(jí)信息。在實(shí)際應(yīng)用中,如槽口、臺(tái)階或凹槽等機(jī)加工特征往往可以簡(jiǎn)單地與預(yù)先定義的操作計(jì)劃相聯(lián)系。因此,將一個(gè)工件解釋為一系列機(jī)加工特征,將有助于自動(dòng)化流程規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā)。這種特征由于其“宏描述”,通常包含多個(gè)面而不是單一面,因此被稱為高級(jí)信息。


從 B-rep 模型中識(shí)別出一些凹陷和隆起特征,為零件提供 GT 編碼描述。GT 編碼的預(yù)期應(yīng)用是開發(fā)自動(dòng)化流程規(guī)劃系統(tǒng)。根據(jù)使用的 CAD 模型分類為三類:識(shí)別來自 B-rep 的特征、CSG 或基于 B-rep 和 CSG 的增強(qiáng)模型的特征。絕大多數(shù)研究基本上是基于 B-rep。

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