基于擴(kuò)展屬性鄰接圖的切削體過程模型統(tǒng)一描述方法研究

王小芳

(煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，山東 煙臺　265500)

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基于擴(kuò)展屬性鄰接圖的切削體過程模型統(tǒng)一描述方法研究

王小芳

(煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心，山東 煙臺265500)

摘要：為了實現(xiàn)工藝設(shè)計過程中對產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)的有效重用，以擴(kuò)展屬性鄰接圖為基礎(chǔ)，描述了切削體擴(kuò)展屬性鄰接圖、工序切削特征模型和單元切削體模型，最后提出擴(kuò)展屬性鄰接矩陣和擴(kuò)展屬性信息表兩種特征信息存儲方式。

關(guān)鍵詞：擴(kuò)展屬性鄰接圖；切削體過程模型；單元切削體；描述方法

零件切削體模型在分解時會產(chǎn)生工序切削體模型、單元切削體模型及工序模型等一系列的過程模型，這些過程模型重新組合會產(chǎn)生多種新的切削體模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品的工藝規(guī)劃。為了更好地描述零件切削體的幾何拓?fù)湫畔?，一些學(xué)者以屬性鄰接圖(AAG)為基礎(chǔ)，提出了新屬性鄰接圖(NAAG)、擴(kuò)展屬性鄰接圖(EAAG)、多屬性鄰接圖(MAAG)、再擴(kuò)展屬性鄰接圖(REAAG)等圖結(jié)構(gòu)[1]，這些圖結(jié)構(gòu)從不同角度對面、邊的屬性信息進(jìn)行了定義或擴(kuò)充。本文以EAAG為基礎(chǔ)，對切削體過程模型進(jìn)行描述。

1切削體相關(guān)概念

切削體的概念包含了豐富的語義信息，包括對切削體體積的描述，對切削體零件加工表面的表面粗糙度、形位公差及尺寸精度等一些非幾何要素的描述，還包括切削體可以繼承的零件材料屬性信息[2]的描述。

2切削特征的信息描述

2.1　切削體擴(kuò)展屬性鄰接圖

在進(jìn)行工藝設(shè)計時需要用到較多的模型和特征信息，由于目前采用的基于圖的邊界表示方法只是對零件的面、邊及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，不能滿足工藝設(shè)計的要求，因此需要對AAG進(jìn)行擴(kuò)展。擴(kuò)展時，先定義屬性鄰接圖AAG=G(N,E,A)，其中N代表圖的結(jié)點集合，E代表圖的邊(或弧)的集合，A代表E的屬性集。本文主要通過擴(kuò)展AAG的頂點及邊或弧的屬性，得到切削體的擴(kuò)展屬性鄰接圖EAAGΔ，EAAGΔ結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在描述切削體尺寸時，需要參照圖1的參數(shù)，EisConcave的作用是對凹凸邊進(jìn)行判斷，賦值為0代表凸邊，賦值為1代表凹邊。邊的類型集合Etype∈{-1，0，1}，賦值為-1是直線，賦值為0是平面曲線，賦值為1是空間曲線。面類型Ntype的賦值為-1和0，賦值為-1代表毛坯接觸面，賦值為0代表零件接觸面，若Ntype>0，則說明面為分割面，分割面的標(biāo)識號和Ntype等同。

圖1　切削體信息描述模型

2.2　工序切削特征建模

圖2描述了工序切削體特征，其擴(kuò)展屬性鄰接圖標(biāo)記為EAAGP。切削體加工基準(zhǔn)類型包括基準(zhǔn)面(取值為1)和基準(zhǔn)軸(取值為0)；面的幾何形狀包括簡單規(guī)則曲面、復(fù)雜規(guī)則曲面、平面、球面、圓環(huán)面等。

圖2　工序切削特征描述模型

特征幾何類型為復(fù)雜幾何類型或基本體素類型，可以根據(jù)不同的行業(yè)自行對其定義；特征加工類型對應(yīng)工序類型，如車臺階、車端面、銑鍵槽等。相同的幾何類型具備相同的基本AAG圖結(jié)構(gòu)，但是當(dāng)加工參數(shù)、加工面類型及基準(zhǔn)類型不同時，則對應(yīng)不同的加工類型。

2.3　單元切削體建模

單元切削體屬于加工過程模型，在切割過程中會產(chǎn)生很多切削參數(shù)，包括切削體的幾何結(jié)構(gòu)、切削類型等，這些信息和切削體的剖切面、剖切基準(zhǔn)、幾何形狀、凹邊等信息相互映射，根據(jù)這些信息可確定單元切削體的加工鏈、加工類型、加工參數(shù)、加工設(shè)備。單元切削體屬性鄰接圖如圖3所示。

圖3　單元切削體屬性鄰接圖

單元切削體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用矩陣數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，單元切削體的附屬信息采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)展描述。單元切削體的每個面都是一個研究對象，并且面的屬性信息包括尺寸參數(shù)、類型、精度、是否為切削面等。此外，擴(kuò)展信息列表中還包括單元切削體的加工基準(zhǔn)、加工方法、材料信息等。

3基于過程模型的特征信息存儲

特征信息的存儲采用擴(kuò)展屬性鄰接矩陣和擴(kuò)展屬性信息表的方式。假設(shè)在G={N,E,A}中，圖G是由N個頂點組成的鄰接圖，其屬性鄰接矩陣用二維數(shù)組A[n,n]表示，則有如下定義：

(3)

如果fi與fj相交，則式(3)中A[i,j]代表相交邊的凹凸屬性值，凹邊的賦值為1，凸邊的賦值為0；如果兩面不相交或者i=j時，則不存在相交邊，此時A[i,j]的賦值為0。臺階切特征的實體圖和AAG圖如圖4(a)和圖4(b)所示。圖5(a)所示為與圖4相對應(yīng)的鄰接矩陣圖；圖5(b)所示為特征子圖，特征子圖不包含零件AAG圖中的凸面節(jié)點、弧或邊等；圖5(c)所示為特征子圖的鄰接矩陣，該矩陣用Asub表示。由于不同零件的特征子圖鄰接矩陣可能存在相同的情況，因此為了進(jìn)一步對鄰接矩陣進(jìn)行區(qū)分，需要對AAG矩陣進(jìn)行擴(kuò)展，增加矩陣值位數(shù)。

圖4　臺階特征實體與AAG圖

圖5　臺階特征屬性鄰接矩陣、

矩陣擴(kuò)展過程中的相關(guān)意義定義如下：

1)鄰接矩陣A[n,n]中，若i=j，則[i，j]對應(yīng)的值為Plane(平面)時，A[i，j]節(jié)點值為[10,10]；[i，j]對應(yīng)的值為Conical_surface(錐面)時，A[i，j]節(jié)點值為[31，30]；[i，j]對應(yīng)的值為Cylindrical_surface(柱面)時，A[i，j]節(jié)點值為[21,20]；[i，j]對應(yīng)的值為Spherical_surface(球面)時，A[i，j]節(jié)點值為[41,40]……

2)鄰接矩陣A[n,n]中，若i≠j，兩面不相交，則A[i，j]=0，擴(kuò)展屬性鄰接矩陣中邊屬性值Etype為Circle(圓)時，凸邊和凹邊節(jié)點值為[20，21]；Etype為Line(直線)時，凸邊和凹邊節(jié)點值為[10，11]；Etype為B-Spline(樣條)時，凸邊和凹邊節(jié)點值為[40，41]；Etype為Ellipse(橢圓)時，凸邊和凹邊節(jié)點值為[30，31]……

擴(kuò)展之后的屬性鄰接矩陣、特征子圖、子鄰接矩陣如圖6所示。

圖6　擴(kuò)展屬性鄰接矩陣

本文采用擴(kuò)展屬性鄰接矩陣存儲零件的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展方式存儲其附屬信息，見表1。

表1過程模型擴(kuò)展屬性信息表結(jié)構(gòu)

面屬性f1Facesource(0),(parameters:D10),(facetype:plane),(precision:IT7,Value:...),(roughness:Ra1.6)……f2Facesource(0),(facetype:cyliner)……f3Facesource(0),(facetype:plane)……f4Facesourcea(1)……………

4結(jié)束語

工藝特征識別是實現(xiàn)CAD、 CAPP信息集成和數(shù)據(jù)重用的一項關(guān)鍵技術(shù)，Babic[3]等較為全面地概括了主要的12種特征識別方法。本文基于擴(kuò)展屬性鄰接圖對切削體過程模型進(jìn)行統(tǒng)一描述，并將切削體分解組合過程中產(chǎn)生的設(shè)計信息、幾何信息以及工藝知識，也應(yīng)用于切削體特征識別的整個過程，為切削體的特征識別奠定了基礎(chǔ)。此外切削體的加工公差、工藝尺寸等信息也為切削體模型的后續(xù)研究提供了參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙鵬，盛步云，鄧偉剛．工藝設(shè)計過程中的切削體分解組合策略[J]．計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2010，16(9)：1793-1800.

[2]魯冰，李迎光．基于再擴(kuò)展屬性面邊圖的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件特征識別技術(shù)[J]．機(jī)械設(shè)計與制造，2009(5)：236-238.

[3]Babic Bojan，Nesic Nenad，Miljkovic Zoran．A review of automated feature recognition with rule-based pattern recognition[J]．Computers in Industry，2008，59(4)：321-337.

The study on the unified description method of

cutting process model based on extended attribute adjacency graph

WANG Xiaofang

(Modern Education Technology Center,Yantai Automobile

Engineering Professional College, Shandong Yantai, 265500, China)

Abstract：It simply describes the concept of cutting bodies, and analyzes the property adjacent to the figure, process models, features cutting unit and cutting body model based on EAAG, establishes the characteristics of the information storage process model, illustrates the geometric characteristics of the process model information storage based on extended attributes adjacency matrix.

Key words：EAAG; cutting body process model; unit cutting body; description method

作者簡介：王小芳(1973—)，女，山東煙臺人，煙臺汽車工程職業(yè)學(xué)院副教授，主要研究方向為機(jī)械制造與自動化。

收稿日期：2015-09-10

中圖分類號：TH166

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：2095-509X(2015)12-0010-04

DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2015.12.003