專利名稱：：用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及到一種計算機(jī)集成制造
技術(shù)領(lǐng)域：
的系統(tǒng)和方法，具體是一種用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：加工特征檢測的作用是從零件的設(shè)計模型中抽取具有特定工程意義的幾何形狀信息，是實現(xiàn)計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)/計算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)/計算機(jī)輔助制造(CAM)集成和CAPP智能化等目標(biāo)的有效途徑和關(guān)鍵技術(shù)。長期以來人們一直在努力提高加工特征檢測系統(tǒng)的實用性，智能化和自動化的水平。特別是近些年來隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對加工特征檢測系統(tǒng)處理復(fù)雜形狀零件產(chǎn)品的能力有了更高和更迫切的要求。經(jīng)過近30年的發(fā)展，加工特征檢測技術(shù)的研究取得了豐碩的成果，許多特征檢測系統(tǒng)相繼問世。這些系統(tǒng)從采用的核心技術(shù)的角度來看可以分為兩類1)以模式匹配為核心的加工特征檢測系統(tǒng)；2)以體積分解為核心的加工特征檢測系統(tǒng)。以模式匹配為核心的加工特征檢測系統(tǒng)將零件實體模型與特征模式庫中預(yù)先定義的特征模式進(jìn)行匹配，把零件模型轉(zhuǎn)化為特征模式的組合。這類系統(tǒng)的最大困難在于相交特征的檢測，目前為止還沒有一種系統(tǒng)可以對任意相交特征進(jìn)行有效檢測和解釋。而且由于特征檢測的過程依賴預(yù)先定義的特征模式庫，對于模式庫中不存在的特征，這類系統(tǒng)無法進(jìn)行檢測，使得這類系統(tǒng)的健壯性存在一定問題。以體積分解為核心的加工特征檢測系統(tǒng)將零件的切削體分解并重新組合。這類系統(tǒng)能處理相交特征，并給出多重解釋。但同樣存在三個突出問題1)這類系統(tǒng)在檢測過程中需進(jìn)行大量求交操作，檢測效率較低，且多數(shù)方法無法處理包含曲面的零件。2)在處理復(fù)雜零件時，產(chǎn)生的特征解釋往往數(shù)以萬計，使后續(xù)的CAPP系統(tǒng)幾乎無法處理如此之多的特征解釋。3)這類系統(tǒng)在特征檢測的過程中沒有考慮加工環(huán)境中包含的工藝資源，使生成的特征可能沒有實際加工意義。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，高曙明等人在《計算機(jī)輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報》(2003，15(2)，137-143)上發(fā)表的"加工特征識別系統(tǒng)ZD-AFRS及其健壯性增強(qiáng)方法"。該文提出了一個混合式加工特征檢測系統(tǒng)ZD-AFRS。該系統(tǒng)采用痕跡產(chǎn)生結(jié)合特征匹配的檢測策略。首先將零件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為最小條件子圖，以特征的最小條件子圖作為特征痕跡，通過對相關(guān)面進(jìn)行特征痕跡的延拓來添加虛鏈，進(jìn)而與預(yù)定義特征匹配，并獲得加工特征。該系統(tǒng)存在以下不足[1]由于特征檢測的核心是將特征的最小條件子圖與特征模式庫中的預(yù)定義特征進(jìn)行匹配，所以對于模式庫中沒有預(yù)先定義的特征，該系統(tǒng)無法給出正確的檢測結(jié)果，須要進(jìn)行人工檢測，使該系統(tǒng)無法完全滿足工業(yè)界對特征檢測系統(tǒng)智能化水平的要求。[2]該系統(tǒng)無法對任意相交特征做出合理的解釋，對于復(fù)雜相交特征的檢測往往需要人機(jī)交互才能完成，使該系統(tǒng)的自動化水平有所欠缺。[3]該系統(tǒng)在檢測過程中沒有充分考慮加工環(huán)境中的加工資源，容易導(dǎo)致特征檢測結(jié)果與加工資源相脫離的問題，并使生成的加工特征在某個加工環(huán)境中有可能無法加工。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)及方法，旨在實現(xiàn)三坐標(biāo)數(shù)控加工環(huán)境中，復(fù)雜零件的特征檢測。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明涉及的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)，包括特征檢測系統(tǒng)集成平臺、刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特征因子提取模塊、特征因子優(yōu)化選擇模塊、加工特征輸出模塊、刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫，其中所述特征檢測系統(tǒng)集成平臺將刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特征因子提取模塊、特征因子優(yōu)化選擇模塊和加工特征輸出模塊的輸入和輸出信息進(jìn)行集成管理，實現(xiàn)各模塊之間數(shù)據(jù)交換；所述刀具信息更新模塊根據(jù)實際加工環(huán)境中的刀具資源，將刀具信息保存在8刀具信息庫中，當(dāng)加工環(huán)境中增加或減少了刀具，可以通過該模塊對刀具信息庫中的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的修改；所述零件信息輸入模塊完成零件與毛坯CAD模型的輸入，提取零件和毛坯的實體模型，并將其作為加工表面確定模塊的輸入；所述加工表面確定模塊通過將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積，將零件體積外表面與切削體積外表面求交，得到零件的加工表面，同時提取加工表面的類型和相關(guān)幾何信息作為表面加工方法生成模塊的輸入；所述表面加工方法生成模塊，根據(jù)表面加工方法生成方法庫中的方法為每個零件加工表面生成所有可能的表面加工方法；所述表面加工方法生成方法更新模塊根據(jù)刀具信息庫中的刀具信息，添加和更新表面加工方法生成方法庫中的4類方法，包括切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系、切削模式與表面類型之間的映射關(guān)系、TAD(刀具接近方向)生成方法、刀具尺寸約束生成方法；所述表面加工方法可行性檢測模塊，對由表面加工方法生成模塊產(chǎn)生的每個加工表面的所有可能加工方法進(jìn)行可行性分析，判斷刀具信息庫中是否包含滿足刀具尺寸約束條件的刀具，以及刀具在加工時是否會與其它零件表面發(fā)生干涉，如果發(fā)生以上兩種情況則認(rèn)為加工方法不可行，通過該模塊檢測的所有可行加工方法將被作為特征因子提取模塊的輸入；所述特征因子提取模塊，將零件上每個加工表面的可行加工方法轉(zhuǎn)化為一組特征因子，并將重復(fù)的特征因子合并作為特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸入；所述特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸入為零件的所有加工表面，每個表面都對應(yīng)了一組特征因子，該模塊以整個零件所采用的特征因子數(shù)最少為目標(biāo)建立集合覆蓋模型，采用最少的特征因子覆蓋所有的零件加工表面，通過蟻群算法搜索模型的最優(yōu)解，最后為被特征因子重復(fù)覆蓋的表面選擇與相鄰表面相同的特征因子，該模塊的輸出為零件的所有加工表面，且每個表面只對應(yīng)了一個特征因子；所述加工特征輸出模塊根據(jù)特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸出，將具有相同特征因子的表面組合在一起構(gòu)成加工特征，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，作為整個系統(tǒng)的輸出。進(jìn)一步的，所述表面加工方法生成模塊中包含4個模塊l)切削模式生成模塊；2)刀具類型生成模塊；3)TAD生成模塊；4)刀具尺寸約束生成模塊。以上4個模塊串形連接，前一個模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將作為后幾個模塊的輸入。所述切削模式生成模塊根據(jù)加工表面的類型和切削模式與表面類型之間的映射關(guān)系，生成加工表面所有可能的切削模式；所述刀具類型生成模塊根據(jù)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型；所述刀具生成模塊根據(jù)TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD;所述刀具尺寸約束生成模塊，根據(jù)刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束；所述表面加工方法生成模塊，其生成的表面加工方法包含4方面內(nèi)容1)刀具類型；2)切削模式；3)刀具接近方向；4)刀具尺寸約束，其中所述刀具類型是指在加工某個表面使所采用的刀具類型；所述切削模式是指采用某類刀具進(jìn)行加工時，刀具所采用的運(yùn)動自由度與實際參與切削的刀刃表面類型的組合；所述刀具接近方向是指在加工時刀軸與加工表面之間的相對角度方向；所述刀具尺寸約束是指為了完成某個表面的加工而對刀具尺寸上施加的限制。進(jìn)一步的，所述特征因子提取模塊，其中特征因子是表面加工方法的一部分，包含兩方面內(nèi)容刀具類型和刀具接近方向。這兩方面內(nèi)容的任一組合都構(gòu)成了一個特征因子。本發(fā)明所涉及的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中復(fù)雜零件加工特征檢測的方法，包括以下步驟步驟l，建立刀具信息庫因為不同的加工環(huán)境中包含的刀具種類會有所不同，所以同一零件在不同的加工環(huán)境中，采用的加工方法也會有所不同。對特征檢測而言就是在不同的加工環(huán)境中，特征檢測的結(jié)果會因為所能采用刀具范圍的不同而不同。為了能夠在特征檢測的過程中，充分應(yīng)用加工環(huán)境中的刀具信息，首先必須根據(jù)加工環(huán)境中的刀具狀況建立刀具信息庫。步驟2，建立表面加工方法生成方法庫根據(jù)刀具信息庫中的刀具信息，建立表面加工方法生成方法庫中的4類方法1)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系2)切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系3)TAD生成方法4)刀具尺寸約束生成方法在將本發(fā)明第一次應(yīng)用在某個加工環(huán)境中時，需要建立刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫。之后針對不同零件的特征檢測，這兩個數(shù)據(jù)庫可以反復(fù)使用。只有在加工環(huán)境中的刀具發(fā)生改變時，才需要對數(shù)據(jù)庫中的信息和方法進(jìn)行更新。步驟3，輸入零件與毛坯的CAD模型，并提取零件與毛坯的實體模型，作為步驟4的輸入。步驟4，確定零件的加工表面根據(jù)零件與毛坯的實體模型，確定零件的加工表面的過程分為以下兩個步驟1)將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積。2)將零件體積表面與切削體積表面求交，得到的相交表面即為零件的加工表面。步驟5，提取零件加工表面信息。從零件的實體模型中獲得零件加工表面的類型、幾何尺寸、法線方向等幾何信息，作為步驟6的輸入。步驟6，表面加工方法生成根據(jù)零件加工表面的類型，相關(guān)幾何信息和表面加工方法生成方法庫中的方法為零件的每個加工表面生成所有可能的加工方法。所述表面加工方法包含4方面內(nèi)容1)刀具類型；2)切削模式；3)刀具接近方向(TAD);4)刀具尺寸約束。加工方法生成分為4步1)根據(jù)加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系，生成加工表面所有可能的切削模式。2)根據(jù)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型。3)根據(jù)TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD。4)根據(jù)刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。步驟7，表面加工方法可行性檢測，從加工表面的可能加工方法中刪除不可行的方法，剩余的加工方法為表面的可行加工方法，將作為步驟8的輸入。針對步驟6生成的表面加工方法進(jìn)行可行性檢測，步驟如下①對每一可能的表面加工方法，從刀具信息庫中搜索滿足刀具尺寸約束要求的刀具集，如果沒有刀具能夠滿足尺寸約束，則認(rèn)為該加工方法不可行。②如果存在一把或數(shù)把刀具能夠滿足尺寸約束，從中選擇一把尺寸最小的刀具進(jìn)行，根據(jù)刀具的幾何形狀，加工采用的運(yùn)動自由度和刀具接近方向，生成加工該表面時刀具的掃掠體積。如果掃掠體積與零件體積發(fā)生干涉，則認(rèn)為該加工方法不可行。步驟8，特征因子提取所述特征因子，是表面加工方法的一部分，包含兩方面內(nèi)容刀具類型和刀具接近方向。特征因子提取分為兩步首先為每個加工表面從其可行的加工方法中提取特征因子，然后將重復(fù)的特征因子合并。步驟9，特征因子優(yōu)化選擇通常情況下，一個加工表面往往包含多個特征因子。為了提高加工效率通常希望整個零件所采用的刀具類型和裝夾次數(shù)最少。而在三坐標(biāo)加工環(huán)境中，裝夾次數(shù)可以等同于零件加工所采用的刀具接近方向的數(shù)量。步驟9的目的是為每個表面從可行特征因子中選擇一個最優(yōu)因子，使整個零件所包含的因子數(shù)最少，以達(dá)到減少刀具使用種類和裝夾次數(shù)的目的。特征因子優(yōu)化選擇的過程分為三個步驟①根據(jù)步驟4-8的輸入建立集合覆蓋問題的數(shù)學(xué)模型通過步驟4，可以得到零件的加工表面集F=，f—num為零件的加工表面數(shù)。通過步驟5-8，可以得到零件上每個加工表面的特征因子，零件上所有加工表面的特征因子聚集在一起可以構(gòu)成整個零件的特征因子集F"c^/^,/"C2.…/fl^.,,J，fac—num為整個零件的特征因子數(shù)?？梢杂镁仃嘇=(a,》f—numxfa<:—num來表達(dá)聚類優(yōu)化模型，afl表示能夠采用特征因子facj加工表面fi，ai尸l表示不能夠采用特征因子fac,加工表面fi。聚類優(yōu)化的目標(biāo)是盡可能地選擇最少的特征因子來加工所有的加工表面，即選擇最少的列覆蓋所有的行。②求解該模型首先計算集合覆蓋模型的SCHF(SetCoveringHeuristicFunction)啟發(fā)函數(shù)，通過矩陣A計算SCHF的各個參數(shù)，并獲得SCHF的值。把SCHF的值作為啟發(fā)信息，用蟻群算法求解該模型。③特征因子選擇用蟻群算法求解模型，可以得到完成零件加工所需要的最少特征因子的集合。但零件中依然存在某些加工表面可能包含多個特征因子。為具有多個特征因子的加工表面選擇一個與相鄰表面相同的特征因子。步驟IO，加工特征輸出將具有相同特征因子的表面組合在一起構(gòu)成加工特征，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，作為整個方法的輸出。與現(xiàn)有的系統(tǒng)相比，本發(fā)明系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在兩個方面1)加工特征由表面聚類而成，沒有固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不依賴于預(yù)先定義的特征模式庫，所以能夠?qū)?fù)雜的特征做出合理的解釋，并且避免了現(xiàn)有檢測系統(tǒng)難以檢測復(fù)雜相交特征的問題；2)特征檢測中充分考慮了加工環(huán)境中的實際加工資源，所以檢測出的特征必然具有可加工性。該系統(tǒng)可以滿足現(xiàn)代企業(yè)對特征檢測系統(tǒng)智能化，自動化水平以及實用性方面的需要。圖l為本發(fā)明用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為加工環(huán)境中包含5類刀具幾何形狀示意其中圖2a)顯示了球頭銑刀的幾何形狀、刀刃表面及尺寸參數(shù)；圖2b)顯示了麻花鉆的幾何形狀、刀刃表面及尺寸參數(shù)；圖2c)顯示了立銑刀的幾何形狀、刀刃表面及尺寸參數(shù)；圖2d)顯示了圓柱銑刀的幾何形狀、刀刃表面及尺寸參數(shù)；圖2e)顯示了面銑刀的幾何形狀、刀刃表面及尺寸參數(shù)。圖3為三坐標(biāo)數(shù)控加工中，回轉(zhuǎn)類刀具的三種運(yùn)動自由度示意圖；其中圖a)、b)、c)分別為O.5D、1.5D和2.5D三種運(yùn)動自由度。圖4為立銑刀切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系；圖5為5類表面及與表面類型相關(guān)的幾何信息的示意圖；圖6為表面加工方法生成模塊結(jié)構(gòu)框圖7為用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法的流程圖；圖8為確定零件的加工表面的實例其中圖a)為毛坯；b)為箱體零件；C)為切削體積；d)為加工表面。圖9為圖8b)中零件的部分加工表面示意圖；圖10為表面加工方法生成的流程圖；圖ll為表面加工方法可行性檢測的流程圖；圖12為刀具與其他加工表面發(fā)生干涉示意其中圖a)為在采用加工方法(M^^—SpWe，球頭銑刀，(0，1，0)，無}進(jìn)行加工時，刀具與零件間的干涉情況；圖b)為在采用加工方法(Mf^—fleyl'ndncaI，球頭銑刀，(0，0，1)，F(xiàn)L〉40)進(jìn)行加工時，刀具與零件間的干涉情況。圖13為可行表面加工方法與特征因子提取實施示意圖14為本發(fā)明實施例的特征檢測結(jié)果其中圖a)為加工特征l，其對應(yīng)的特征因子為{立銑刀(0,0，-1)};圖b)為加工特征2，其對應(yīng)的特征因子為{麻花鉆(0，0,-1)};圖c)為加工特征3，其對應(yīng)的特征因子為{立銑刀(-l，O，O)h圖d)為加工特征4，其對應(yīng)的特征因子為(立銑刀(O，l，O)h圖e)為加工特征5，其對應(yīng)的特征因子為{麻花鉆(0，1，0)};圖f)為加工特征6，其對應(yīng)的特征因子為{立銑刀(0,-1,0)};圖g)為加工特征7，其對應(yīng)的特征因子為(麻花鉆(O，-l,O)h圖h)為加工特征8，其對應(yīng)的特征因子為{立銑刀(-1，0，0)};圖i)為加工特征9，其對應(yīng)的特征因子為{立銑刀(0,0，1)}。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(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(hù)范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，為本發(fā)明用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，包括特征檢測系統(tǒng)集成平臺l、刀具信息更新模塊2、零件信息輸入模塊3、加工表面確定模塊4、表面加工方法生成方法更新模塊5、表面加工方法生成模塊6、表面加工方法可行性檢測模塊7、特征因子提取模塊8、特征因子優(yōu)化選擇模塊9、加工特征輸出模塊IO、刀具信息庫11和表面加工方法生成方法庫12。所述特征檢測系統(tǒng)集成平臺1將刀具信息更新模塊2、零件信息輸入模塊3、加工表面確定模塊4、表面加工方法生成方法更新模塊5、表面加工方法生成模塊6、表面加工方法可行性檢測模塊7、特征因子提取模塊8、特征因子優(yōu)化選擇模塊9、加工特征輸出模塊10的輸入和輸出信息進(jìn)行集成管理，實現(xiàn)各模塊之間數(shù)據(jù)交換。所述刀具信息更新模塊2根據(jù)實際加工環(huán)境中的刀具資源，將刀具抽象為5類信息，并保存在刀具信息庫中。這5類信息分別為1)刀具類型，在三坐標(biāo)加工環(huán)境中采用刀具都是回轉(zhuǎn)類刀具包括立銑刀、圓柱銑刀、面銑刀、球頭銑刀及其它成型刀具。2)刀具幾何形狀，描述了刀具的外形。3)刀刃表面，描述了刀具上包含刀刃的表面?；剞D(zhuǎn)類刀具總共包含7種刀刃表面類型頂平面尸;;,，側(cè)圓柱面《t^，側(cè)圓錐面i^;i:，角圓環(huán)面&=:，底平面&tr"，底圓錐面i^:r和底球面isr1，其中f的上標(biāo)表示刀刃在刀具中的位置，下標(biāo)表示面的類型。4)刀具運(yùn)動自由度，三坐標(biāo)加工環(huán)境中可以采用的運(yùn)動自由度包括3種0.5D，1.5D和2.5D。對具體的刀具而言，只能采用其中某些自由度。5)刀具尺寸，描述了刀具的形狀大小，角度，刀刃長度等信息。當(dāng)加工環(huán)境中增加或減少了刀具，可以通過該模塊對刀具信息庫中的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的修改。本實例中，加工環(huán)境中包含5類刀具立銑刀、面銑刀、球頭銑刀、圓柱銑刀和麻花鉆。圖2a)顯示了球頭銑刀的幾何形狀，該類型刀具包含兩種刀刃表面類型F(5Ln^和^Sr，如陰影部分所示?？梢圆捎玫倪\(yùn)動自由度有三種0.5D、1.5D和2.5D，如圖3所示，包括6個幾何尺寸參數(shù)BarL表示刀桿的長度；BarD表示刀桿的直徑；BitL表示刀頭的長度；BitD表示刀頭的長度；FL表示刀刃F^^^的長度；SR表示球頭的半徑。圖2b)顯示了麻花鉆的幾何形狀，該類型刀具包含兩種刀刃表面類型i^t&^和尸c^^;，如陰影部分所示?？梢圆捎玫倪\(yùn)動自由度有0.5D。包括4個幾何參數(shù)BitL、BitD、FL和Angle，其中Angle表示i^:J的錐度。圖2c)顯示了立銑刀的幾何形狀，該類型刀具包含兩種刀刃表面類型i^;;^^和F^:;"，如陰影部分和粗線部分所示?？梢圆捎玫倪\(yùn)動自由度有兩種1.5D和2.5D。包括5個幾何參數(shù)BitL、BitD、FL、BarL和BarD。圖2d)顯示了圓柱銑刀的幾何形狀，該類型刀具包含一種刀刃表面面類型Fcjtd^，如陰影部分所示?？梢圆捎玫腟動自由度P、有1.5D。^J舌4個幾何參m:BitD、FL、BarL和BarD。圖2e)顯示了面銑刀的幾何形狀，該類型刀具包含一種刀刃表面類型&=，如粗線部分所示。可以采用的運(yùn)動自由度有兩種1.5D和2.5D。包括4個幾何參數(shù)BitD、BitL、BarL和BarD。所述零件信息輸入模塊3用于零件與毛坯CAD模型的輸入，提取零件和毛坯的實體模型，并將其作為加工表面確定模塊4的輸入。所述加工表面確定模塊4通過將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積。將零件體積外表面與切削體積外表面求交，得到零件的加工表面。同時提取加工表面的類型和相關(guān)幾何信息作為表面加工方法生成模塊6的輸入。所述表面加工方法生成模塊6，根據(jù)表面加工方法生成方法庫ll中的方法為每個零件加工表面生成所有可能的表面加工方法。所述表面加工方法包含以下4方面內(nèi)容1)刀具類型。刀具類型是指在加工某個表面使所采用的刀具類型。2)切削模式。切削模式是指采用某類刀具進(jìn)行加工時，刀具所采用的運(yùn)動自由度與實際參與切削的刀刃表面類型的組合。3)刀具接近方向。刀具接近方向是指在加工時刀軸與加工表面之間的相對角度方向。4)刀具尺寸約束。刀具尺寸約束是指為了完成某個表面的加工而對刀具尺16寸上施加的限制。所述表面加工方法生成方法更新模塊5，根據(jù)刀具信息庫中的刀具信息，添加和更新表面加工方法生成方法庫12中的4類方法1)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系任何回轉(zhuǎn)類刀具都能被表達(dá)為幾個基本切削模式的組合。如圖4所示，立銑刀有兩種刀刃表面類型F(t^a!與F^r"，兩種運(yùn)動自由度1.5D與2.5D，以上兩種要素的組合可以構(gòu)成4種切削模式J^，^"n^31、M2Hylmdn(:al、Mf工，—、M2，=-，其中M的上標(biāo)表示采用的刀刃表面類型，下標(biāo)表示運(yùn)動自由度。本例中，加工環(huán)境中包含5類刀具，這些刀具總共包含9種切削模式，切削模式與刀具類型間構(gòu)成多對多的映射關(guān)系，如表l所示表l<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>2)切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系本例中，通過以上9種切削模式，可以加工5種類型的表面平面、球面、環(huán)面、簡單三維曲面和普通三維曲面。所述三維曲面是由母線沿著準(zhǔn)線掃掠而成。如果在掃掠過程中，母線與軸線始終保持平行，則生成的曲面稱為簡單三維曲面，當(dāng)準(zhǔn)線為圓時，生成面即為圓柱面。如果在掃掠過程中，母線與軸線始終保持一定夾角，則生成曲面稱為普通三維曲面，當(dāng)準(zhǔn)線為圓時，生成面即為圓錐面。圖5顯示了5類表面及與表面類型相關(guān)的一些幾何信息，包括1)平面法線方向。2)球面截面法線方向。3)環(huán)面母線，母線平面的法線方向和環(huán)圓截面半徑。4)簡單三維曲面母線和準(zhǔn)線方向。5)普通三維曲面軸線方向，母線，準(zhǔn)線和準(zhǔn)線與軸線間的夾角。切削模式?jīng)Q定了刀具在加工運(yùn)動中生成表面的類型，表面類型與切削模式間具有多對多的映射關(guān)系。本例中9種切削模式與表面類型之間的映射關(guān)系如表2所示。表2加工表面類型可以采用的切削模式平面A}5Vtfe—Cylindrical^^Sortom—尸/t7w。/"^^flciffom—iVawar^Sortom—Sphere球面Ml/2Z);iWl1/2Z)環(huán)面6加om-Sphere簡單三維曲面AjSWe—Cylindrical^jS^/e-Cylindrical^jSo加m-Sphere普通三維曲面M1/2D3)TAD生成方法4)刀具尺寸約束生成方法本例中，9種切削模式對映的TAD生成方法和刀具尺寸約束生成方法如表3所示。表3刀具尺寸約束生成方切削模式表面類型TAD生成方法法18<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>圖6顯示了表面加工方法生成模塊6中包含的4個模塊1)切削模式生成模塊61;2)刀具類型生成模塊62;3)TAD生成模塊63;4)刀具尺寸約束生成模塊64。以上4個模塊串形連接，前一個模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將作為后幾個模塊的輸入。所述切削模式生成模塊61根據(jù)加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系，生成加工表面所有可能的切削模式。所述刀具類型生成模塊62根據(jù)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型。所述TAD生成模塊63根據(jù)TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD。所述刀具尺寸約束生成模塊64根據(jù)刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。所述表面加工方法可行性檢測模塊7，對由表面加工方法生成模塊6產(chǎn)生的每個加工表面的所有可能加工方法進(jìn)行可行性分析。判斷刀具信息庫中是否包含滿足刀具尺寸約束條件的刀具，以及刀具在加工時是否會與其它零件表面發(fā)生干涉。如果發(fā)生以上兩種情況則認(rèn)為加工方法不可行。通過該模塊檢測的所有可行加工方法將被作為特征因子提取模塊8的輸入。所述特征因子提取模塊8，將零件上每個加工表面的可行加工方法轉(zhuǎn)化為一組特征因子。并將重復(fù)的特征因子合并作為特征因子優(yōu)化選擇模塊9的輸入。所述特征因子是表面加工方法的一部分，包含兩方面內(nèi)容刀具類型和刀具接近方向。這兩方面內(nèi)容的任一組合都構(gòu)成了一個特征因子。所述特征因子優(yōu)化選擇模塊9的輸入為零件的所有加工表面及每個表面所對應(yīng)了一組特征因子。該模塊以整個零件所采用的特征因子數(shù)最少為目標(biāo)建立集合覆蓋模型，采用最少的特征因子覆蓋所有的零件加工表面。通過蟻群算法搜索模型的最優(yōu)解。最后為被特征因子重復(fù)覆蓋的表面選擇與相鄰表面相同的特征因子。該模塊的輸出為零件的所有加工表面，且每個表面只對應(yīng)了一個特征因子。所述加工特征輸出模塊10根據(jù)特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸出，將具有相同特征因子的表面組合在一起構(gòu)成加工特征，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，作為整個系統(tǒng)的輸出。該輸出結(jié)果將被應(yīng)用于后續(xù)的CAPP系統(tǒng)中。圖7是用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法的流程圖。在將本發(fā)明第一次應(yīng)用在某個加工環(huán)境中時，需要通過步驟sl和s2建立刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫。所述步驟sl根據(jù)加工環(huán)境中包含的刀具情況，將刀具抽象為5類信息1)刀具類型；2)刀具幾何形狀；3)刀刃表面；4)刀具運(yùn)動自由度；5)刀具尺寸。所述步驟S2根據(jù)刀具信息庫中的刀具信息建立表面加工方法生成方法庫中的4類方法1)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系；2)切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系；3)TAD生成方法；4)刀具尺寸約束生成方法。針對不同零件的特征檢測，這兩個數(shù)據(jù)庫可以反復(fù)使用。只有在加工環(huán)境中的刀具發(fā)生改變時，才需要對數(shù)據(jù)庫中的信息和方法進(jìn)行更新。所述步驟s3是輸入零件與毛坯的CAD模型，并提取零件與毛坯的實體模型，作為步s4的輸入。所述步驟s4是根據(jù)零件與毛坯的實體模型，確定零件的加工表面。該過程分為以下兩個步驟1)將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積。2)將零件體積外表面與切削體積外表面求交，得到的相交表面即為零件的加工表面。本例中，以圖8b)所示箱體零件及其毛坯(如圖8a)所示)進(jìn)行演示。首先將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積，如圖8c)所示。然后將零件體積外表面與切削體積外表面求交，即可得到零件的加工表面，如圖8d)中，白色的表面為加工表面。所述步驟s5從零件的實體模型中獲得零件加工表面的類型、幾何尺寸、法線方向等幾何信息，作為步驟s6的輸入。所述步驟s6根據(jù)零件加工表面的類型，相關(guān)幾何信息和表面加工方法生成方法庫中的方法為零件的每個加工表面生成所有可能的加工方法。加工方法生成分為4步1)根據(jù)加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系，生成加工表面所有可能的切削模式。2)根據(jù)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型。3)根據(jù)TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所21有可能的TAD。4)根據(jù)刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。圖9顯示了，圖8b)中零件的部分加工表面，其中包括10個表面，表面l-表面10。將以其中的表面l為例，具體說明步驟s6-s8的實施過程。表面l在z軸方向上的長度為50。表面2-表面9將被用來說明步驟s6-s8的實施結(jié)果，且該結(jié)果將被用于說明步驟s9的實施過程。表面1的加工方法生成的過程如圖10所示。通過從表面類型生成4種切削模式，通過切削模式生成可以采用的4種刀具類型，最后通過TAD與刀具尺寸約束的生成方法生成表面加工方法中TAD與刀具尺寸約束。通過以上4個步驟可以為表面l生成8種可能的加工方法。所述步驟s7針對步驟s6生成的表面加工方法進(jìn)行可行性檢測?？尚行詸z測的流程如圖ll所示。主要步驟如下1)對每一可能的表面加工方法，從刀具信息庫中搜索滿足刀具尺寸約束要求的刀具集，如果沒有刀具能夠滿足尺寸約束，則認(rèn)為該加工方法不可行。2)如果存在一把或數(shù)把刀具能夠滿足尺寸約束，從中選擇一把尺寸最小的刀具進(jìn)行，根據(jù)刀具的幾何形狀，加工采用的運(yùn)動自由度和刀具接近方向，生成加工該表面時刀具的掃掠體積。如果掃掠體積與零件體積發(fā)生干涉，則認(rèn)為該加工方法不可行。通過以上兩個步驟，可以從加工表面的可能加工方法中刪除不可行的方法，剩余的加工方法為表面的可行加工方法，將作為步驟s8的輸入。以表面1的8種可能加工方法為例。假設(shè)對于每種加工方法都存在滿足尺寸約束的刀具。通過將生成的刀具掃掠體與零件體積求交可以發(fā)現(xiàn)，在采用加工方法A,iS^fe-Cylindricaljjj5ortom-Sphere(^n/2D，球頭銑刀，(0,0,1)，F(xiàn)L^50l與(M2"2D，球頭銑刀，(0，1，0)}加工時，刀具會與其他加工表面發(fā)生干涉，如圖12所示，所以這兩種方法不可行。其余6種加工方法為可行加工方法。所述步驟s8將零件上每個加工表面的可行加工方法轉(zhuǎn)化為一組特征因子。并將重復(fù)的特征因子合并作為步驟s9的輸入。所述特征因子，是表面加工方法的一部分，包含兩方面內(nèi)容刀具類型和刀具接近方向。特征因子提取分為兩步1)為每個加工表面從其可行的加工方法中提取特征因子2)將重復(fù)的特征因子合并。如圖13所示，表面1的6種可行加工方法可以生成6個特征因子，但其中有兩組特征因子是重復(fù)的，將其合并可以得到4個不重復(fù)的特征因子。表4例舉了圖9中10個表面的特征因子。表4加工表面特征因子加工表面1{立銑刀(0，1，0)};{立銑刀(0，0，1)}{面銑刀(0,1,0)};{圓柱銑刀(0，0，1)}加工表面2{立銑刀(0，0，1)};{立銑刀(0,1，0)}{面銑刀(0,0,1)};{圓柱銑刀(0，1，0)}加工表面3{立銑刀(0，1,0)};{圓柱銑刀(0,1，0)}加工表面4{立銑刀(0,1,0)};{面銑刀(0，1，0)}加工表面5{麻花鉆，(0,1,0)};{立銑刀(0，1,0)}加工表面6{立銑刀(-1,0,0)};{面銑刀(-1，0，0)}加工表面7{立銑刀(-1，0，0)};{圓柱銑刀(-1，0，0)}加工表面8{立銑刀(-1，0，0)}{圓柱銑刀(-1，0，0)}加工表面9(立銑刀(-l，O，0)}{圓柱銑刀(-i，o，0"加工表面10{立銑刀(-1,0，0)}(圓柱銑刀(-1,0，0)}所述步驟s9是對加工表面對應(yīng)的一組特征因子進(jìn)行優(yōu)化選擇通常情況下，一個加工表面往往包含多個特征因子。為了提高加工效率通常希望整個零件所采用的刀具類型和裝夾次數(shù)最少。而在三坐標(biāo)加工環(huán)境中，裝夾次數(shù)可以等同于零件加工所采用的刀具接近方向的數(shù)量。步驟s9的目的是為每個表面從可行特征因子中選擇一個最優(yōu)因子，使整個零件所包含的因子數(shù)最少，以達(dá)到減少刀具使用種類和裝夾次數(shù)的目的。特征因子優(yōu)化選擇的過程分為三個步驟1)根據(jù)步驟s4-s8的輸入建立集合覆蓋問題的數(shù)學(xué)模型通過步驟s4，可以得到零件的加工表面集i^W,/2…力—■}，f—num為零件23的加工表面數(shù)。本例中，如圖8b)所示意零件包含163個加工表面。通過步驟s5-s8，可以得到零件上每個加工表面的特征因子，零件上所有加工表面的特征因子聚集在一起可以構(gòu)成整個零件的特征因子集^^={/^,/^2..../"^—■}，fac一num為整個零件的特征因子數(shù)。其中/"。QF_/=l，2.../flC—m/w，即每個特征因子都能覆蓋部分或者全部加工表面。如令表4中的特征因子(立銑刀(0，l,0M為fa則faCl={fl，f2，f3，***}本例中，如圖8b)所示意零件包含24個特征因子。可以用矩陣A=(a,j)f—numxfa。_num來表達(dá)聚類優(yōu)化模型，a^l表示能夠采用特征因子facj加工表面fi，ai尸l表示不能夠采用特征因子facj加工表面fi。聚類優(yōu)化的目標(biāo)是盡可能地選擇最少的特征因子來加工所有的加工表面，即選擇最少的列覆蓋所有的行。以表4例舉的10個加工表面及其特征因子為例，令{立銑刀(0，1,0)}為faCl，{立銑刀(0,0，1)}為fac2，(面銑刀(O，1，0)}為fac3，{圓柱銑刀(0，0,1)}為fac4，(面銑刀(O,O,1)}為facs，(圓柱銑刀(O,1,0)}為fac6,{麻花鉆，(0,1,0)}為fac7，{面銑刀(-1，0,0)}為fac8，{立銑刀H，0，0)}為fac9，{圓柱銑刀(-1,0，0)}為faCl。，則構(gòu)成的矩陣如表5所示。對整個零件而言實際的矩陣大小為163X24。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage24</column></row><table>P(fac》2424421222R(fac》30100111112)求解該模型采用SCHF(SetCoveringHeuristicFunction)啟發(fā)函數(shù)作為啟發(fā)信息，通過蟻群算法求SCP的優(yōu)化解，具體方法如下a)對每個/a。^Fy=l,2.../ac—"wm，確定faCj對應(yīng)的啟發(fā)函數(shù)7,,=a-^+Z^——rn-p(1)~尸(/"。)-llF"cl如」公式1中，K(fi)表示fi被所有facj，/=l，2.../ac—zww覆蓋的次數(shù)。在表5所示的矩陣中，即為每一行所有元素之和。公式1中，P(/"。)為facj的覆蓋度，P(faCj^MinO((fi)IfiEfaCj}如表5所示。公式1中，i(/"。)為facj的必選度，表示如果從Fac中排除facj后，出現(xiàn)必選特征因子的個數(shù)(覆蓋度為1的特征因子)。如表5所示。公式1中，li^cl為整個零件的特征因子的個數(shù)，本例子中為24。公式1中，|/"。|為facj覆蓋的表面數(shù)。如表5所示。公式1中，a和b為待定參數(shù)，會影響算法的收斂速度，對于不同零件，a和b的最優(yōu)值不同。本例中a和b都取l。b)初始化蟻群算法的最大循環(huán)次數(shù)Cmax0200，本實例取200)。循環(huán)次數(shù)以Count表示，初始值設(shè)為0。殘留信息重要度"(0<="〈=5，本實例取l)，啟發(fā)信息重要度〃(0〈=/〈=5，本實例取3)。信息素更新量Q(10<=Q<=10000,本實例取100)，信息素?fù)]發(fā)系數(shù)/(0</<1，本實例取0.5)，螞蟻數(shù)目ant—mim(m〉=20，本實例取100)。Facj對應(yīng)的信息素強(qiáng)度用^.表示，初始值設(shè)為0;c)定義《，k=l-ant—nura，表示第k只螞蟻己經(jīng)選擇的特征因子的集合，初始設(shè)為空集。定義Mpk=l-ant—皿m，表示第k只螞蟻可以選擇的特征因子的集合，初始設(shè)為Fac。定義《，k=l-ant—num，表示第k只螞蟻還沒有覆蓋的表面，25初始設(shè)為f。d)為每只螞蟻依次選擇特征因子，選擇的概率按照"(0》[[w)r勿j勺0選擇完后，在M^中減去所選的特征因子，在《中添加所選的特征因子，從《中減去所選特征因子覆蓋的表面。e)如果《不為空集，重復(fù)第d)步，否則進(jìn)入第f)步。f)根據(jù)以下公式更新每個特征因子對應(yīng)的信息素強(qiáng)度。朋f加1《l表示選擇的特征因子集中包含的特征因子數(shù)量。g)Count=Count+l。如果Count〉Cmax，結(jié)束循環(huán)。并找出《，k=l_ant—num，中特征因子數(shù)最少的覆蓋O。否則重新轉(zhuǎn)到第c)步。3)特征因子選擇用蟻群算法求解模型，可以得到完成零件加工所需要的最少特征因子的集合C*，使零件上大多數(shù)表面只對應(yīng)了O中的一個特征因子。但零件中依然存在某些加工表面可能包含多個特征因子，即這些表面可以用O中的兩個或兩個以上不同特征因子進(jìn)行加工。為了得到加工特征，必須為具有多個特征因子的加工表面選定一個特征因子。對于這種被特征因子重復(fù)覆蓋的加工表面，選擇其中任何一個特征因子都不會影響零件在加工中使用的刀具種類和裝夾次數(shù)。但為了使同一特征中的表面能夠被連續(xù)加工，應(yīng)該使相鄰表面包含在同一特征中。從特征因子選擇的角度看，就是使相鄰加工表面所采用的特征因子盡可能相同。特征因子選擇的方法如下a)對每一個具有多個特征因子的加工表面X。al)如果加工表面x與只有一個特征因子facj的加工表面y相鄰，且加工表面x的特征因子中包含facj，則加工表面x采用特征因子facj。a2)如果加工表面x的所有相鄰加工表面都只有一個特征因子，且加工表面x的特征因子中不包含任何相鄰表面的特征因子，則為加工表面x隨機(jī)選擇一個特征因子。a3)如果加工表面x既不滿足條件al)也不滿足條件a2)，則暫時不為該表面選擇特征因子，優(yōu)先處理滿足條件al)或a2)的加工表面。b)如果零件上具有多個特征因子的加工表面都不滿足條件al)和a2)，則任取一個加工表面，并為該加工表面隨機(jī)選擇一個特征因子。c)重復(fù)步驟a)和步驟b),直到零件上所有的加工表面都只對應(yīng)一個特征因子。本例中，通過步驟2)得到0中包含9種特征因子，分別為1){立銑刀(0，0，-1)};2){麻花鉆(0，0，-1)};3){立銑刀(-1，0，0)};4){立銑刀(0，1，0)};5){麻花鉆(0，1，0)};6){立銑刀(0，-1，0)};7){麻花鉆(0，-1，0)};8){立銑刀(-1，0，0)};9){立銑刀(0，0，1)}。零件的加工表面中存在被特征因子重復(fù)覆蓋的表面。如圖9中的加工表面1，既可以采用{立銑刀(-i，0，0)}，也可以采用{立銑刀(0，0，-i)}，但由于其相鄰加工表面3只能采用特征因子{立銑刀(0，0，-1)}，所以加工表面l也選擇特征因子{立銑刀(0，0，-1)}。所述步驟slO將具有相同特征因子的表面組合在一起構(gòu)成加工特征，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，作為整個系統(tǒng)的輸出。圖14顯示了本例的特征檢測結(jié)果9個加工特征，且每個加工特征都對應(yīng)了采用的刀具類型和刀具接近方向。該結(jié)果符合CAPP系統(tǒng)對特征檢測要求。2權(quán)利要求1、一種用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)，其特征在于包括特征檢測系統(tǒng)集成平臺、刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特征因子提取模塊、特征因子優(yōu)化選擇模塊、加工特征輸出模塊、刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫，其中所述特征檢測系統(tǒng)集成平臺將刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特征因子提取模塊、特征因子優(yōu)化選擇模塊和加工特征輸出模塊的輸入和輸出信息進(jìn)行集成管理，實現(xiàn)各模塊之間數(shù)據(jù)交換；所述刀具信息更新模塊根據(jù)實際加工環(huán)境中的刀具資源，將刀具信息保存在刀具信息庫中，當(dāng)加工環(huán)境中增加或減少了刀具，通過該模塊對刀具信息庫中的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的修改；所述零件信息輸入模塊完成零件與毛坯CAD模型的輸入，提取零件和毛坯的實體模型，并將其作為加工表面確定模塊的輸入；所述加工表面確定模塊通過將毛坯體積減去零件體積，得到零件的切削體積，將零件體積外表面與切削體積外表面求交，得到零件的加工表面，同時提取加工表面的類型和幾何信息作為表面加工方法生成模塊的輸入；所述表面加工方法生成模塊，根據(jù)表面加工方法生成方法庫中的方法為每個零件加工表面生成所有可能的表面加工方法；所述表面加工方法生成方法更新模塊根據(jù)刀具信息庫中的刀具信息，添加和更新表面加工方法生成方法庫中的4類方法，包括切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系、切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系、TAD生成方法、刀具尺寸約束生成方法；所述表面加工方法可行性檢測模塊，對由表面加工方法生成模塊產(chǎn)生的每個加工表面的所有可能加工方法進(jìn)行可行性分析，判斷刀具信息庫中是否包含滿足刀具尺寸約束條件的刀具，以及刀具在加工時是否會與其它零件表面發(fā)生干涉，如果發(fā)生以上兩種情況則認(rèn)為加工方法不可行，通過該模塊檢測的所有可行加工方法將被作為特征因子提取模塊的輸入；所述特征因子提取模塊，將零件上每個加工表面的可行加工方法轉(zhuǎn)化為一組特征因子，并將重復(fù)的特征因子合并作為特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸入；所述特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸入為零件的所有加工表面，每個表面都對應(yīng)了一組特征因子，該模塊以整個零件所采用的特征因子數(shù)最少為目標(biāo)建立集合覆蓋模型，采用最少的特征因子覆蓋所有的零件加工表面，通過蟻群算法搜索模型的最優(yōu)解，最后為被特征因子重復(fù)覆蓋的表面選擇與相鄰表面相同的特征因子，該模塊的輸出為零件的所有加工表面，且每個表面只對應(yīng)了一個特征因子；所述加工特征輸出模塊根據(jù)特征因子優(yōu)化選擇模塊的輸出，將具有相同特征因子的表面組合在一起構(gòu)成加工特征，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，作為整個系統(tǒng)的輸出。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)，其特征是，所述表面加工方法生成模塊中包含4個模塊切削模式生成模塊、刀具類型生成模塊、TAD生成模塊、刀具尺寸約束生成模塊，以上4個模塊串形連接，前一個模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)將作為后幾個模塊的輸入，其中所述切削模式生成模塊根據(jù)加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系，生成加工表面所有可能的切削模式；所述刀具類型生成模塊根據(jù)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型；所述TAD生成模塊根據(jù)TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD;所述刀具尺寸約束生成模塊，根據(jù)刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)，其特征是，所述表面加工方法生成模塊，其生成的表面加工方法包含4方面內(nèi)容刀具類型、切削模式、刀具接近方向、刀具尺寸約束，其中所述刀具類型是指在加工某個表面使所采用的刀具類型；所述切削模式是指采用某類刀具進(jìn)行加工時，刀具所采用的運(yùn)動自由度與實際參與切削的刀刃表面類型的組合；所述刀具接近方向是指在加工時刀軸與加工表面之間的相對角度方向；所述刀具尺寸約束是指為了完成某個表面的加工而對刀具尺寸上施加的限制。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)，其特征是，所述特征因子提取模塊，其中特征因子是表面加工方法的一部分，包含兩方面內(nèi)容刀具類型和刀具接近方向，這兩方面內(nèi)容的任一組合都構(gòu)成了一個特征因子。5、一種用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法，其特征在于包括以下步驟步驟l，建立刀具信息庫根據(jù)加工環(huán)境中的刀具狀況建立刀具信息庫；步驟2，建立表面加工方法生成方法庫根據(jù)刀具信息庫中的刀具信息，建立表面加工方法生成方法庫中的4類方法切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系、切削模式與表面類型之間的映射關(guān)系、TAD生成方法、刀具尺寸約束生成方法；步驟3，輸入零件與毛坯的CAD模型，并提取零件與毛坯的實體模型，作為步驟4的輸入；步驟4，確定零件的加工表面根據(jù)零件與毛坯的實體模型，確定零件的加工表面，過程為將毛坯體積減去零件體積得到零件的切削體積，將零件體積表面與切削體積表面求交，得到的相交表面，該相交表面即為零件的加工表面；步驟5，提取零件加工表面信息從零件的實體模型中獲得零件加工表面的類型、幾何尺寸、法線方向幾何信息，作為步驟6的輸入；步驟6，表面加工方法生成根據(jù)零件加工表面的類型、幾何信息和表面加工方法生成方法庫中的方法為零件的每個加工表面生成所有可能的加工方法，所述表面加工方法包含4方面內(nèi)容刀具類型、切削模式、刀具接近方向和刀具尺寸約束；步驟7,表面加工方法可行性檢測通過檢測，從加工表面的可能加工方法中刪除不可行的方法，剩余的加工方法為表面的可行加工方法，將作為步驟8的輸入；步驟8，特征因子提取先為每個加工表面從其可行的加工方法中提取特征因子，然后將重復(fù)的特征因子合并；步驟9，特征因子優(yōu)化選擇為每個表面從可行特征因子中選擇一個最優(yōu)因子，使整個零件所包含的因子數(shù)最少；步驟IO，加工特征輸出將具有相同特征因子的表面組合在一起構(gòu)成加工特征，并轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，作為整個方法的輸出。6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法，其特征是，步驟6中，所述加工方法生成分為4步①根據(jù)加工表面的類型和切削模式與加工表面類型之間的映射關(guān)系，生成加工表面所有可能的切削模式；②根據(jù)切削模式與刀具類型之間的映射關(guān)系，為加工表面的每種切削模式生成所有可能的刀具類型；③根據(jù)TAD生成方法，為加工表面的每種切削模式與刀具類型的組合生成所有可能的TAD;④根據(jù)刀具尺寸約束生成方法和加工表面的幾何信息，為加工表面的每種切削模式、刀具類型與TAD三者的組合生成刀具尺寸約束。7、根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法，其特征是，步驟7中，所述表面加工方法可行性檢測，步驟如下①對每一可能的表面加工方法，從刀具信息庫中搜索滿足刀具尺寸約束要求的刀具集，如果沒有刀具能夠滿足尺寸約束，則認(rèn)為該加工方法不可行；②如果存在一把或數(shù)把刀具能夠滿足尺寸約束，從中選擇一把尺寸最小的刀具進(jìn)行，根據(jù)刀具的幾何形狀，加工采用的運(yùn)動自由度和刀具接近方向，生成加工該表面時刀具的掃掠體積，如果掃掠體積與零件體積發(fā)生干涉，則認(rèn)為該加工方法不可行。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法，其特征是，步驟8中，所述特征因子提取，其中特征因子是表面加工方法的一部分，包含兩方面內(nèi)容刀具類型和刀具接近方向。9、根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的方法，其特征是，步驟9中，所述特征因子優(yōu)化選擇，分為三個步驟①根據(jù)步驟4-8的輸入建立集合覆蓋問題的數(shù)學(xué)模型通過步驟4得到零件的加工表面集^={/;，/2...//—■}，fjum為零件的加工表面數(shù)，通過步驟5-8得到零件上每個加工表面的特征因子，零件上所有加工表面的特征因子聚集在一起構(gòu)成整個零件的特征因子集^c-(y^,/^…./"c力cJ，fac—n咖為整個零件的特征因子數(shù)，用矩陣A=(ay)f—numxfa。num來表達(dá)聚類優(yōu)化模型，ai產(chǎn)l表示能夠采用特征因子fac,加工表面f,，ai尸l表示不能夠采用特征因子facj加工表面fi，聚類優(yōu)化的目標(biāo)是盡可能地選擇最少的特征因子來加工所有的加工表面，即選擇最少的列覆蓋所有的行；②求解該模型首先計算集合覆蓋模型的SCHF啟發(fā)函數(shù)，通過矩陣A計算SCHF的各個參數(shù)，并獲得SCHF的值，把SCHF的值作為啟發(fā)信息，用蟻群算法求解該模型；③特征因子選擇用蟻群算法求解模型得到完成零件加工所需要的最少特征因子的集合，但零件中依然存在某些加工表面可能包含多個特征因子，為具有多個特征因子的加工表面選擇一個與相鄰表面相同的特征因子。全文摘要本發(fā)明涉及到一種計算機(jī)集成制造
技術(shù)領(lǐng)域：
的用于三坐標(biāo)數(shù)控加工中零件加工特征檢測的系統(tǒng)及方法。所述系統(tǒng)包括特征檢測系統(tǒng)集成平臺、刀具信息更新模塊、零件信息輸入模塊、加工表面確定模塊、表面加工方法生成方法更新模塊、表面加工方法生成模塊、表面加工方法可行性檢測模塊、特征因子提取模塊、特征因子優(yōu)化選擇模塊、加工特征輸出模塊、刀具信息庫和表面加工方法生成方法庫。本發(fā)明能實現(xiàn)三坐標(biāo)數(shù)控加工環(huán)境中復(fù)雜零件的特征檢測，加工特征由表面聚類而成，沒有固定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不依賴于預(yù)先定義的特征模式庫，能夠?qū)?fù)雜的特征和相交特征做出解釋；特征檢測中充分考慮了加工環(huán)境中的實際加工資源，檢測得到的加工特征必然具有可加工性。文檔編號G05B19/18GK101464676SQ20091004504公開日2009年6月24日申請日期2009年1月8日優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日發(fā)明者湯岑書,褚學(xué)寧申請人:上海交通大學(xué)