基于三维几何模型的计算机辅助工艺规划技术

论文摘要

随着三维CAD系统在国内企业迅速普及,如何有效利用三维几何模型进行工艺规划是亟待解决的问题。本文研究基于三维几何模型的计算机辅助工艺规划技术,旨在充分发挥三维模型定量分析上的优势,增强CAPP的自动化程度,从而满足快速工艺规划的现实需要。论文围绕着三个主题展开研究:一是面向变形产品的参变式工艺规划;二是基于轻量化的可视化装配工艺;三是可定制的柔性工艺统计报表。作为这三个主题的基础,本文提出中性工艺信息模型,将工艺信息分为工艺管理信息和工艺规程信息,其中工艺规程信息用工艺操作集及其偏序关系表达,该模型为本文后续研究提供数据组织和算法支持。面向变形产品的参变式工艺规划包含三个部分:加工特征识别,耦合约束建模与求解和参变式工艺规程生成。对于加工特征识别,本文提出集成自动识别和交互特征定义的混合式特征识别方法,以提高特征识别方法的健壮性和实用性。对于耦合约束建模与求解,首先将数值型约束与符号知识型约束进行融合,建立统一的表示模型;然后提出耦合约束求解算法,采用有向图表达出约束之间的依赖关系,通过逐级子图分解、“孪生变量法”一阶解耦、求解、再验算等步骤实现耦合约束求解。在此基础上,提出参变工艺规程模型,该模型由相对固定的项目( Fi )和变化的项目( Vi )组成,后者用一系列的参变量表示,并对这些参变量采用耦合约束建模理论进行建模,然后通过耦合约束求解实现参变式工艺规划。为适应大规模装配和快速显示的需要,研究三维模型的轻量化技术。在此基础上,研究基于三为轻量化模型的可视化装配工艺:以直观的方式展现零部件的装配拓扑关系和位置关系;用动画的方式模拟装配过程与装配顺序;进行装配过程中的冲突和干涉检查。为实现可定制的柔性工艺统计报表,提出以零部件作为数据重构核心,用“行匹配列合并运算”将企业零散的数据有序地组织起来,形成立体数据的重构模型。在数据重构模型支持下,将统计报表过程划分为:数据收集、数据处理和格式化输出三个步骤,并提炼出“共性”和“特性”规则,从而通过配置实现可定制的复杂工艺报表。最后,简要阐述了系统架构和实现方式,结合应用实例验证本文提出的基于三维几何模型的计算机辅助工艺规划的相关理论和方法是可行和有效的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和课题的提出
• 1.2 研究目的、意义
• 1.3 3D-CAPP 系统的研究与应用现状
• 1.4 相关技术的研究发展状况
• 1.5 本文主要研究内容和创新点
• 1.6 本文的体系结构
• 1.7 本章小结
• 2 中性工艺信息模型
• 2.1 引言
• 2.2 设计信息模型
• 2.3 工艺信息
• 2.4 中性工艺信息模型
• 2.5 设计BOM 向工艺BOM 的转换
• 2.6 中性工艺信息模型的应用示例
• 2.7 中性工艺信息模型的作用分析
• 2.8 本章小结
• 3 混合式加工特征识别技术
• 3.1 引言
• 3.2 基于特征面分割的自动特征识别
• 3.3 交互定义和自动识别的集成
• 3.4 交互特征定义
• 3.5 实现与实例
• 3.6 本章小结
• 4 基于数值与符号耦合约束求解的参变式工艺规划
• 4.1 引言
• 4.2 数值与符号耦合约束模型
• 4.3 数值与符号耦合约束求解算法
• 4.4 零件的特征参数
• 4.5 参变工艺规程模型
• 4.6 参变式工艺规划的系统架构
• 4.7 应用实例
• 4.8 本章小结
• 5 基于三维轻量化模型的可视化装配工艺
• 5.1 引言
• 5.2 三维模型轻量化
• 5.3 装配过程的动画仿真
• 5.4 INTECAPP 系统的可视化装配
• 5.5 本章小结
• 6 基于数据重构模型的柔性工艺统计报表技术
• 6.1 引言
• 6.2 企业统计报表的数据来源分析
• 6.3 数据重构模型
• 6.4 数据完备性处理
• 6.5 数据精简处理
• 6.6 数据重构的实例分析
• 6.7 柔性工艺统计报表的实现
• 6.8 应用实例
• 6.9 本章小结
• 7 系统实现与实例
• 7.1 引言
• 7.2 系统实现
• 7.3 应用实例
• 7.4 本章小结
• 8 全文总结与研究展望
• 8.1 全文总结
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读博士学位期间发表的论文目录