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    基于B-rep的機加工特征識別方法

    2024-04-197DayinCMS

    在計算機輔助設計(CAD)/計算機輔助制造(CAM)領域,開發用于識別機加工特征(machined features)的方法一直被看作是一個重要研究課題。識別這些特征的主要目的是建立 CAD 系統到 CAM 系統之間的直接聯系,換言之,可以將 CAD 系統的輸出直接作為 CAM 系統輸入,以此提升 CAD/CAM 系統的綜合效率。

    在一個典型的 CAD 系統中,至關重要的一部分是實體建模器(solid modeller),其目的是以數字形式建立工件的三維模型。依托于實體建模方案(solid modelling schemes),研發人員可以為圖形顯示工件、有限元分析、群組技術(GT)編碼和流程規劃等多種應用開發相關算法。工件的實體模型文件通常被視作 CAD 系統的輸出產品,并因此作為典型機加工特征識別器的輸入。

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

    在相關領域的文獻中,機加工特征通常被視為適用于開發直接與 CAD 系統連接的自動化流程規劃系統的高級信息。在實際應用中,如槽口、臺階或凹槽等機加工特征往往可以簡單地與預先定義的操作計劃相聯系。因此,將一個工件解釋為一系列機加工特征,將有助于自動化流程規劃系統的開發。這種特征由于其“宏描述”,通常包含多個面而不是單一面,因此被稱為高級信息。


    從 B-rep 模型中識別出一些凹陷和隆起特征,為零件提供 GT 編碼描述。GT 編碼的預期應用是開發自動化流程規劃系統。根據使用的 CAD 模型分類為三類:識別來自 B-rep 的特征、CSG 或基于 B-rep 和 CSG 的增強模型的特征。絕大多數研究基本上是基于 B-rep。

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