基于演变加工特征的工艺模型动态创建方法研究

作     者：杜晨晓 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘金锋

授予年度：2023年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：演变加工特征 工艺模型 去除体 工艺语义 参数化建模 

摘      要：近年来,随着MBD技术的不断发展与应用,三维工艺模型已逐步取代二维工艺图纸,成为了指导产品加工制造的唯一依据。然而现有三维工艺模型以静态的工序模型为主,仅能以离散化的方式描述零件在工序完成前后的加工状态,忽视了零件在切削过程中演变的连续性与时变性,无法支持零件动态演变加工过程的可视化表达,已成为产品智能化工艺设计推广应用的瓶颈。为此,本文基于工艺语义、加工时间以及加工特征三个维度,综合分析了零件的动态演变过程,重点攻克了加工特征的拓扑与几何演变表达,工艺参数与演变加工特征的耦合机制构建以及去除体模型快速构建等技术难点,提出了三维工艺模型的动态创建方法,主要研究内容如下:(1)描述了基于演变加工特征的工艺模型动态创建总体方案首先,定义了演变加工特征的相关概念,并基于时间维度描述了零件的几何演变过程,进而阐述了演变加工特征的动态特性;其次,分析了静态工艺模型在应用过程中的局限性,同时根据零件动态演变加工过程可视化表达的需求,构建了三维工艺模型的动态创建框架,并制定了相应的技术路线。(2)提出了多维驱动的零件演变加工特征表达方法首先,在工艺语义分析的基础上,探讨了工艺信息与演变加工特征之间的映射关系,构建了演变加工特征的工艺信息模型;其次,分析并定义了演变加工特征面组之间的空间位置约束关系,进而构建属性邻接矩阵,实现了加工特征拓扑演变表达;最后,对铣削和钻削的切削状态演变过程进行了分析,依据去除体几何形态的演变规律,将加工过程划分为不同阶段。通过几何推理方法,建立加工时间与演变加工特征几何参数之间的关联关系,构建了演变加工特征的数学表达模型,实现了加工特征的几何演变表达。(3)提出了工艺数据驱动的工艺模型动态创建方法首先,通过解析NC代码中典型程序指令的工艺语义,构建了“NC代码-工艺参数-演变加工特征之间的耦合机制;其次,探讨了工艺参数与加工截面之间的关联,并根据刀具与加工特征面的空间位置关系,生成相应的加工截面;然后,通过建立加工截面与去除体之间的映射机制,基于工艺语义从NC代码中提取相关工艺数据,实现了去除体模型的参数化构建;最后,根据去除体模型与工序模型间的几何关联,采用布尔运算实现了工艺模型的动态构建。(4)开发了工艺模型动态创建功能模块并应用验证根据本文提出的方法,在三维工艺设计原型系统中,进一步开发了相应的去除体模型快速构建功能模块及工艺模型动态创建功能模块。通过运行演示功能模块在不同实例下的应用效果,验证了本文工艺模型动态创建方法的有效性。