張 賀，張 玲，葛曉波+，邵曉東

(1.西安電子科技大學(xué) 機電工程學(xué)院，陜西 西安 710071；2.北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094)

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，基于模型驅(qū)動的產(chǎn)品研發(fā)模式被越來越多的企業(yè)所采用[1-3]，基于模型的定義(Model Based Definition, MBD)[4]是其核心技術(shù)之一。三維毛坯模型和工序模型作為MBD的信息載體[5-6]，其自動生成技術(shù)是推動MBD技術(shù)在工藝設(shè)計和加工制造中應(yīng)用的關(guān)鍵。在傳統(tǒng)的設(shè)計模式中，毛坯模型和工序模型需要由工藝設(shè)計人員手動創(chuàng)建[7]，其準確度和效率難以得到保證，且不利于CAD/CAPP的集成。因此，如何自動生成合理的毛坯模型和工序模型，是MBD技術(shù)研究的熱點問題。

張賀等[8]提出一種軸類零件三維工序模型自動生成方法，解決了軸類零件工序模型的自動生成問題。盤套類零件是工程中另一種常見零件，通常以圓柱、圓臺等回轉(zhuǎn)類特征為基體，輔以孔、槽、螺紋、倒角等特征，其徑向尺寸多大于軸向尺寸，主要有導(dǎo)正、限位、止轉(zhuǎn)、定位等功能，同時兼具密封作用。由于其與軸類零件在幾何結(jié)構(gòu)、工藝要求等方面存在差異，同時盤套類零件往往采用鑄造毛坯[9]，需要考慮毛坯模型自動生成問題，致使文獻[8]所提方法無法很好地適用于盤套類零件。因此，本文在此前研究的基礎(chǔ)上，進一步提出一種面向盤套類零件的鑄造毛坯模型和工序模型自動生成方法。

在毛坯模型生成方面，MAYER[10]在其IMPA(integrated manufacturing planning assistant)系統(tǒng)中，針對不同類型的零件，分別采用最小包圍盒、主方向包圍盒以及任意方向包圍盒作為零件的毛坯模型，其構(gòu)建方式簡單，且適用于形狀復(fù)雜的零件，但只能生成棱柱類型的毛坯模型；LEONARD等[11]提出從標準毛坯庫中選擇棒料毛坯的方法，基于零件的主要特征和特征之間的關(guān)系，采用輪廓投影與四叉樹匹配的方法選擇棱柱形工件的毛坯模型，并采用關(guān)鍵面拓延的方法選擇旋轉(zhuǎn)類零件的毛坯模型；張帥等[12]為減少后期機加過程中粗加工階段的加工量，針對航空發(fā)動機機匣的旋轉(zhuǎn)類型零件，提出了基于輪廓搜索的旋轉(zhuǎn)類毛坯模型構(gòu)建方法，采用離散的方法獲取復(fù)雜凸臺特征的回轉(zhuǎn)輪廓，并將其旋轉(zhuǎn)投影到草圖平面，然后結(jié)合工藝信息進行毛坯輪廓搜索，生成接近零件形狀的旋轉(zhuǎn)類毛坯模型。上述方法主要生成形狀規(guī)則的毛坯模型，對于形狀復(fù)雜的鑄造毛坯模型無法適用。針對鑄件毛坯模型，KIM等[13]將加工特征分為表面加工特征和體積加工特征，針對不同特征，分別采用加工面偏移和半空間包圍的方法獲取加工特征體，對零件設(shè)計模型進行補償，進而獲得零件鑄造毛坯模型；陳善國等[14-17]在此基礎(chǔ)上，進一步將體加工特征分為簡單特征和相交特征，利用圖匹配、體分解等方法，識別出零件中的簡單特征和相交特征，通過設(shè)置尺寸閾值過濾掉不可鑄的簡單特征，然后通過半空間包圍、加工面偏移、修改草圖等方法，獲取復(fù)雜特征和表面加工特征的加工體，進行機加余量補償，進而生成零件的鑄造毛坯模型；常智勇等[9]為解決因存在非正交表面加工面而導(dǎo)致生成的毛坯模型出現(xiàn)失效或失敗的情況，對半空間方法進行改進，采用構(gòu)造最小包絡(luò)輔助面的方法生成其補償體積，從而生成零件毛坯模型。然而，上述方法都無法對復(fù)雜相交特征的可鑄性進行判斷。

在工序模型生成方面，可以將主要研究方法總結(jié)為基于知識的方法和基于特征的方法兩類[18]。基于知識的方法[19-21]主要采用語義挖掘、本體構(gòu)建等方法，實現(xiàn)工藝知識與建模知識的采集和轉(zhuǎn)換，將機加工藝知識映射為三維建模知識，實現(xiàn)三維工序模型的生成?；谥R的工序模型構(gòu)建方法注重工藝知識的收集、轉(zhuǎn)換和利用，忽略了對零件模型中幾何拓撲信息的利用以及建模的相關(guān)操作，且知識庫需要長期積累構(gòu)建；基于特征的方法[22-25]主要利用體分解、模式匹配等方法進行加工特征的映射或識別，然后利用毛坯模型與加工特征體的布爾運算，正序或逆序生成工序模型?；谔卣鞯墓ば蚰Ｐ蜆?gòu)建方法難點在于加工特征的獲取、排序等方面，尤其是對復(fù)雜相交特征的處理。且上述兩種方法都是基于圓柱或棱柱等規(guī)則幾何形狀的毛坯模型，對于形狀不規(guī)則的鑄造毛坯模型，是否能夠生成合理的工序模型有待驗證。

由于毛坯的幾何形狀對工藝路線的制定以及后續(xù)工序模型的生成有很重要的影響，但相互獨立的毛坯模型生成系統(tǒng)和工序模型生成系統(tǒng)，不但在模型信息提取、特征處理等方面存在大量重復(fù)的工作，導(dǎo)致效率低下，而且還會因為處理原則不統(tǒng)一等問題，導(dǎo)致兩系統(tǒng)難以有效集成。鑒于此，MAYER等[10]、王宗彥等[26]和ZHOU等[27]提出了在集成的系統(tǒng)中實現(xiàn)毛坯模型生成、工藝規(guī)劃以及工序模型生成等多種功能的思路。

本文提出一種適用于盤套類零件的鑄造毛坯模型與工序模型自動生成方法，將毛坯模型視作第0個工序模型，采用體分解的方法，通過分割操作以及可鑄性分析，獲得鑄造單元體和機加單元體，然后從初始毛坯上逐步移除鑄造單元體以及機加單元體，實現(xiàn)毛坯模型和工序模型的自動生成。

1 方法概述

1.1 定義

定義1初始毛坯模型(BMinitial)對零件設(shè)計模型(DM)的最小包圍盒[10]添加適當(dāng)?shù)募庸び嗔慷纬傻拿髂Ｐ?。初始毛坯模型通常為長方體或圓柱體，是零件的最大合理毛坯模型[16]。鑄造毛坯模型(BMcasting)介于DM和BMinitial之間。

定義2材料移除體(MRV)通過鑄造和機械加工的方法從初始毛坯模型中移除的體積之和，即

(1)

式中：n為材料移除體中包含的體積塊數(shù)量，mrvi表示第i個體積塊。

定義3鑄造體(CV)與加工體(MV)鑄造體是材料移除體中通過鑄造移除的體積；加工體是材料移除體中通過機械加工移除的體積。故可將材料移除體表示為：

(2)

式中：m、n分別表示鑄造體和加工體的數(shù)量;CVUi和MVUj分別表示第i個鑄造單元體(CVU)和第j個機加單元體(MVU)。

利用分割面將材料移除體分割為鑄造單元體和機加單元體，并將機加單元體按照機加順序排序，即可利用布爾運算實現(xiàn)鑄造毛坯模型及工序模型的生成。生成鑄造毛坯模型的數(shù)學(xué)求解表達式為：

(3)

正序生成第k道工序模型的數(shù)學(xué)求解表達式為：

(4)

1.2 基本思想

由式(3)和式(4)可知，鑄造毛坯模型及工序模型生成的核心內(nèi)容為鑄造單元體和機加單元體的獲取。本文以此為指導(dǎo)思想，并結(jié)合盤套類零件的結(jié)構(gòu)特征，以設(shè)計模型最小包圍盒為初始毛坯，將鑄造毛坯模型視作第0個工序模型，采用體分解的方法，進行鑄件毛坯模型和工序模型求解。

以圖1所示的盤套類零件為示例，鑄件毛坯模型和工序模型生成流程如圖2所示，步驟如下：

步驟1設(shè)計特征模型預(yù)處理。從零件設(shè)計特征模型中提取設(shè)計特征相關(guān)信息，并進行特征簡化、拆分、還原等處理，利用相應(yīng)規(guī)則生成候選分割面序列及加工方法鏈，最終利用MBD技術(shù)得到集成的信息模型。

步驟2材料移除體的獲取及分割。對零件設(shè)計模型創(chuàng)建最小包圍盒并添加加工余量，生成初始毛坯模型，然后通過初始毛坯模型和零件設(shè)計模型的布爾運算獲得材料移除體，最后通過分割面映射及分割操作，將材料移除體分割為單元體。

步驟3單元體映射及分類。通過主加工面的對應(yīng)關(guān)系，在單元體與設(shè)計特征之間建立匹配映射關(guān)系，通過可鑄性分析，將單元體分為鑄造單元體和機加單元體。

步驟4機加余量分離及鑄造毛坯生成。根據(jù)單元體和設(shè)計特征的對應(yīng)關(guān)系，獲取各鑄造單元體的加工方法鏈，計算并分離加工余量得到鑄造體，最后通過布爾運算生成鑄造毛坯。

步驟5加工特征映射及工序模型生成。根據(jù)單元體和設(shè)計特征的對應(yīng)關(guān)系，獲取各機加單元體和機加余量體的加工方法鏈，通過加工特征映射得到加工特征，最終通過加工特征排序、布爾運算等操作，逐個生成工序模型。

2 零件設(shè)計特征模型預(yù)處理

本文采用特征建模系統(tǒng)構(gòu)建的設(shè)計特征模型作為輸入，通過對其進行預(yù)處理，得到如圖2所示的包含設(shè)計特征參數(shù)、候選分割面和加工方法鏈等信息的集成信息模型，用以輔助毛坯模型和工序模型的生成。圖中：實線框中為設(shè)計特征的編號、類型、參數(shù)、組成面和主加工面(帶下劃線標識的面)等特征基本信息，虛線框中為加工方法鏈和候選分割面等特征拓展信息。

2.1 設(shè)計特征信息獲取與處理

零件設(shè)計特征模型中包含的幾何信息和非幾何信息需要經(jīng)過提取和處理，轉(zhuǎn)換為工藝模型生成過程中能夠直接利用的特征基本信息，過程如圖3所示。

首先讀取設(shè)計特征樹，獲取各設(shè)計特征。為提高零件三維模型構(gòu)建效率，一些設(shè)計特征通常會采用基于草圖的變換、復(fù)合特征以及關(guān)聯(lián)復(fù)制特征等方式構(gòu)建，需要在第二步對此類特征進行簡化還原，具體包含如下幾類：①草圖特征還原，獲取基于草圖拉伸、旋轉(zhuǎn)以及掃略等操作得到的特征，按照文獻[16]中的方法，將其歸類還原為圓柱、凸臺、孔、槽等基礎(chǔ)特征；②特征抑制，將螺紋特征等對分割結(jié)果無影響的特征抑制；③特征簡化，如將盲孔特征底面的錐面簡化為平面；④復(fù)合特征拆分，如將沉頭孔等復(fù)合特征拆分為兩個簡單孔；⑤關(guān)聯(lián)復(fù)制特征還原，將陣列、鏡像等關(guān)聯(lián)復(fù)制特征中的每個特征還原，并刪除關(guān)聯(lián)復(fù)制特征。

然后執(zhí)行第三步，根據(jù)設(shè)計特征依附關(guān)系，對設(shè)計特征樹進行重構(gòu)。檢測各圓柱、圓錐特征，若其軸線與零件主軸線重合，則為根特征；然后根據(jù)特征建模過程中創(chuàng)建的特征依附關(guān)系，依次查找其子特征；最終按照各特征的父子關(guān)系，重構(gòu)出包含特征拓撲關(guān)系的設(shè)計特征結(jié)構(gòu)樹。

最后，結(jié)合參數(shù)化設(shè)計特征庫獲取各特征的基本信息。各類特征的基本信息定義在如圖4所示的參數(shù)化設(shè)計特征庫中，根據(jù)特征類型，將各設(shè)計特征與庫中的特征模板匹配，然后結(jié)合產(chǎn)品制造信息(Product Manufacturing Information, PMI)，提取其參數(shù)信息。其中，主加工面為零件的工作面、基準面，以及設(shè)計特征的成型面等決定零件形狀、質(zhì)量的表面，通常與加工方向垂直，包含以下4類：①零件的基準面、工作面等重要表面，基準面通常在PMI標注中，通過檢索PMI信息自動獲取，零件工作面等其他面由模板匹配獲取或用戶交互指定；②特征的成型面，每種特征的成型面標注在參數(shù)化設(shè)計特征庫中，通過特征匹配獲??；③有較高加工要求的面，通過PMI提取分析，獲取除上述兩類面以外，其他有較高加工要求的面；④用戶指定的其他面。

基于上述方法，如圖4所示以沉頭孔陣列特征為例，展示了設(shè)計特征信息獲取及處理過程。

2.2 候選分割面序列生成

本文采用文獻[8]中的分割面選擇方法，并針對盤套類零件進行優(yōu)化，包含分割面選擇與排序兩步。

候選分割面是從零件設(shè)計特征組成面中選擇的分割面，需要經(jīng)過3.2節(jié)中的映射操作才能用來分割材料移除體。本文通過為候選分割面設(shè)置截止面，限制其分割范圍，保證將設(shè)計特征對應(yīng)的材料移除體單獨分離。該方法能夠還原設(shè)計者的設(shè)計意圖，且能直接將材料移除體分割為包含語義的單元體，而不需要后續(xù)的合并操作。如圖5所示工藝信息庫中包含盤套類零件常用設(shè)計特征的分割面選擇模板庫。按照模板為每個設(shè)計特征選擇分割面及其截止面，其中：被選作零件基準面的分割面為全局分割，無需設(shè)置截止面；由于特征交互導(dǎo)致特征面被破壞時，通過添加虛連接[28]的方法將其補全。

候選分割面排序模擬實際加工操作中的順序約束，采用基于規(guī)則的方法，首先對設(shè)計特征排序，然后在此基礎(chǔ)上對各特征面排序，候選分割面的優(yōu)先級順序繼承于特征面。排序規(guī)則的制定受零件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)類型等多種因素影響，如表1所示為設(shè)計特征及特征面排序基礎(chǔ)規(guī)則，實際規(guī)則由用戶基于基礎(chǔ)規(guī)則，并結(jié)合零件信息和生產(chǎn)信息制定。

表1 候選分割面排序優(yōu)先級基礎(chǔ)規(guī)則表

最終按照特征面的順序?qū)蜻x分割面排序。當(dāng)相鄰特征之間的公共面被其所屬的多個特征同時選作候選分割面時，在排序時只保留優(yōu)先級最高的候選分割面，并依次將其他冗余候選分割面的分割范圍與其合并。

2.3 加工方法鏈生成

加工方法鏈是以設(shè)計特征的主加工面為對象，根據(jù)其加工要求，為其選擇的一組具有工藝約束關(guān)系的加工方法序列。本文在文獻[8]中的加工方法鏈生成方法的基礎(chǔ)上，對加工元(MU)信息進行拓展，進一步提升匹配精度和生成結(jié)果的準確性。

加工方法鏈模板是由加工元組成的，預(yù)先為每種類型加工面制定的，滿足其不同加工要求的加工方法鏈。加工方法鏈模板由工藝專家根據(jù)工藝知識預(yù)先制定，圖6a所示為加工方法鏈模板庫的示例，其中的每個組成單元稱為加工元。

拓展后的加工元結(jié)構(gòu)如圖6b所示，其拓展信息包含加工信息、加工能力及機加余量信息3部分。其中：①加工信息包含與該加工元相關(guān)聯(lián)的工藝裝備信息，以及加工階段、生產(chǎn)類型等適用范圍信息，此類適用范圍信息為彈性約束信息，可由用戶決定是否采用，目的是提升匹配效率；②加工能力信息為硬性約束信息，是采用該加工元時，對零件尺寸、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)等方面的限制性要求；③機加余量信息是為保證加工質(zhì)量，為各個尺寸范圍的加工面設(shè)置的最小預(yù)留加工余量建議值，可用于初始毛坯生成及機加余量分離時的余量計算。

加工方法鏈生成實際上是主加工面的加工要求信息與加工元匹配的過程。首先根據(jù)主加工面的類型、加工要求等信息從模板中搜索加工元，然后根據(jù)加工元之間的約束關(guān)系得到加工方法鏈。若同時存在多條滿足要求的加工方法鏈，則可根據(jù)每個加工元調(diào)用的加工資源為其設(shè)置加工成本[7]，通過成本尋優(yōu)[29]的方法找到最優(yōu)加工方法鏈。

3 初始毛坯模型生成及材料移除體分割

3.1 初始毛坯模型生成

初始毛坯模型的體積是零件毛坯模型的最大合理體積，由式(3)可知，初始毛坯模型BMinitial的生成是鑄造毛坯模型BMcasting求解的關(guān)鍵之一。通過對零件設(shè)計模型的最小包圍盒補償加工余量得到初始毛坯模型，如圖7所示。

具體步驟如下：

步驟1最小包圍盒創(chuàng)建。根據(jù)零件形狀，為其創(chuàng)建圓柱體或長方體的最小包圍盒。

步驟2零件邊界面信息提取。遍歷零件特征面，找出與最小包圍盒表面重合的面，即為零件邊界面，提取其加工質(zhì)量要求信息。

步驟3機加余量補償。對比鑄造精度與邊界面的加工質(zhì)量要求，若鑄造工藝不能保證其加工質(zhì)量，則按照4.2節(jié)中的方法計算并補償加工余量。

3.2 材料移除體獲取及分割

將材料移除體分割為鑄造單元體和機加單元體是體分解方法獲取毛坯模型和工序模型的核心。通過初始毛坯模型和零件設(shè)計模型的布爾運算生成材料移除體，通過分割面映射分割等操作，將材料移除體分割為單元體。分割過程如圖8所示，具體步驟如下：

步驟1材料移除體獲取及分割面映射。通過初始毛坯模型與設(shè)計模型的布爾運算，生成材料移除體，然后根據(jù)面的對應(yīng)關(guān)系，將候選分割面映射到材料移除體中[30]，得到材料移除體中的分割面序列。

步驟2無效分割面移除。遍歷所有分割面，檢測每個分割面在其截止面限定的分割范圍內(nèi)有沒有與其他分割面相交，若沒有則為無效分割面，將其從分割面序列中移除。

步驟3依次分割。依次提取分割面序列中的分割面對材料移除體進行分割，當(dāng)有新的獨立體積塊生成，且其組成面中不包含未參與分割的分割面時，則該體積塊為單元體，將其存入單元體組中，并從材料移除體中刪除，然后進行下一次分割，直至所有分割面提取完畢。

4 鑄造毛坯模型及工序模型生成

4.1 單元體映射與分類

4.1.1 單元體映射

單元體映射指利用單元體面與設(shè)計特征面的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)單元體與設(shè)計特征的關(guān)聯(lián)，同時將設(shè)計特征相關(guān)信息映射到單元體，為下一步的單元體分類和排序提供依據(jù)。單元體映射流程如圖9所示。

以示例零件中的單元體UV4為例，圖10所示為單元體與設(shè)計特征映射過程圖示，主要包含以下兩步：

步驟1特征接觸面提取。單元體的組成面包含毛坯面、分割截面和特征接觸面3類，提取其中的特征接觸面。

步驟2單元體與設(shè)計特征信息映射。根據(jù)零件面與單元體面的對應(yīng)關(guān)系，找到單元體特征接觸面對應(yīng)的設(shè)計特征面，若該面為設(shè)計特征的主加工面，則將單元體與該設(shè)計特征匹配，然后將設(shè)計特征的相關(guān)信息與單元體建立映射。

4.1.2 可鑄性分析

通過可鑄性分析，實現(xiàn)機加單元體和鑄造單元體的分類?？设T性包含工藝可鑄性和拓撲可鑄性[9]，分別指所采用鑄造工藝和特征間拓撲關(guān)系對可鑄性結(jié)果的影響。如：當(dāng)孔特征直徑小于30 mm時，采用砂型鑄造工藝無法將其鑄出，此孔特征不滿足工藝可鑄性；當(dāng)盲孔特征位于槽特征底部，且槽特征不可鑄時，即使該盲孔特征滿足工藝可鑄性也無法鑄出，即不滿足拓撲可鑄性。若單元體同時滿足工藝可鑄性和拓撲可鑄性，則為鑄造單元體，否則為機加單元體。

工藝可鑄性采用尺寸閾值的方法比較判斷。圖5所示的工藝信息庫中給出了參數(shù)化的尺寸閾值設(shè)置方法，根據(jù)鑄造工藝、材料成本以及加工效率等因素，確定各參數(shù)的實際值。

拓撲可鑄性根據(jù)單元體的拓撲關(guān)系進行分析判斷，單元體滿足如下條件之一則拓撲可鑄：

(1)單元體組成面中包含毛坯面：拓撲可鑄；(2)單元體組成面中不包含毛坯面，但包含分割截面：若存在鄰接單元體為鑄造單元體，則該單元體拓撲可鑄。鄰接單元體查找方法如下：根據(jù)單元體與設(shè)計特征的對應(yīng)關(guān)系依次查找該單元體的匹配特征、匹配特征的鄰接特征、鄰接特征的匹配單元體，即為鄰接單元體；(3)單元體組成面中只有特征接觸面(如封閉的腔體等)：拓撲可鑄。

對圖8中的單元體進行可鑄性分析，得到鑄造單元體和機加單元體，如圖11所示。

4.2 機加余量分離及鑄造毛坯生成

當(dāng)鑄造工藝無法保證特征面加工質(zhì)量要求時，需要從鑄造單元體中分離出機加余量，對毛坯模型進行補償。如圖12所示為機加余量分離流程圖，主要包含機加余量計算和機加余量分離兩個步驟。

以示例零件中鑄造單元體UV4為例，機加余量分離過程如圖13所示。機加余量計算時，首先根據(jù)單元體映射關(guān)系，找出鑄造單元體中特征接觸面所對應(yīng)特征面的加工精度要求，對比當(dāng)前鑄造工藝是否能滿足其要求，若不滿足，則需要計算并分離機加余量?？倷C加余量可以通過累加各加工元所需機加余量的方法計算，表示如下：

(5)

式中：ΔS表示需要從鑄造單元體中分離出的總機加余量，n為加工方法鏈中的加工元數(shù)量，Δsi表示第i個加工元預(yù)留的加工余量，其最小值可在圖6b所示的加工元拓展信息中獲取。

機加余量分離時，首先根據(jù)計算出的最小機加余量值，采用面偏置、修改參數(shù)等方法得到機加余量體，然后將鑄造單元體與機加余量體進行布爾運算，得到鑄造體。

對各鑄造單元體執(zhí)行上述操作，得到所有的鑄造體，最后根據(jù)式(3)，利用初始毛坯模型與鑄造體的布爾差運算，獲得鑄造毛坯模型，如圖14所示。

4.3 加工特征映射及工序模型生成

加工特征映射[8]是將不包含加工語義的機加體積塊與工藝信息關(guān)聯(lián)，形成加工特征(MF)的過程。材料移除體中剩余的機加體積塊包含機加單元體和機加余量體兩類。在單元體映射的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計特征重映射以及加工信息關(guān)聯(lián)等操作，將兩種加工體映射為加工特征。

圖15所示為加工特征映射過程示例，其中，針對機加單元體，可直接利用4.1.1節(jié)中單元體映射的結(jié)果，將關(guān)聯(lián)設(shè)計特征的主加工面加工方法鏈與之建立映射關(guān)系，得到加工特征；針對機加余量體，因其不存在關(guān)聯(lián)設(shè)計特征，因此，需要根據(jù)機加余量分離前鑄造單元體與設(shè)計特征的映射關(guān)系，進行機加余量體與設(shè)計特征的重映射，進而通過加工信息關(guān)聯(lián)得到加工特征。

重映射操作首先通過機加余量體與鑄造單元體的體積干涉檢測，查找機加余量體對應(yīng)的鑄造單元體；然后利用單元體映射的結(jié)果，將鑄造單元體對應(yīng)的設(shè)計特征與該機加余量體關(guān)聯(lián)，即實現(xiàn)機加余量體與設(shè)計特征的重映射；最后將設(shè)計特征的主加工面加工方法鏈與機加余量體關(guān)聯(lián)，得到加工特征。

獲取加工特征后，按照特征面序列中主加工面的優(yōu)先級順序，對各加工特征排序，即得到加工特征序列，如圖16a所示。其中，優(yōu)先級相同的加工特征被劃分到同一工序中。最終，按照式(4)將鑄造毛坯模型與序列中的特征體依次進行布爾差運算，獲得各工序模型，如圖16b所示。

5 實例驗證

基于上述方案，以Visual Studio 2015為開發(fā)環(huán)境，采用UG/Open API對NX10.0進行二次開發(fā)，建立了盤套類零件三維工藝模型自動構(gòu)建系統(tǒng)，系統(tǒng)用戶界面如圖17所示。采用某典型盤套類零件進行鑄造毛坯模型與工序模型構(gòu)建驗證。

首先在預(yù)處理階段，系統(tǒng)自動提取零件相關(guān)信息，進行分割面選擇與加工方法鏈生成，得到集成的信息模型；然后采用體分解方法進行單元體分割與分類，得到鑄造體和加工體，如圖18a所示。最后，通過單元體映射、布爾運算等操作，生成鑄造毛坯模型和工序模型，如圖18b所示。

同時，通過實驗測量了鑄造毛坯模型和工序模型單獨生成以及同時生成的用時，結(jié)果如圖19所示。分析可知，同時生成鑄造毛坯模型和工序模型時，效率有明顯提升。

6 結(jié)束語

本文采用體分解的方法，實現(xiàn)盤套類零件鑄造毛坯模型和工序模型的生成，包含以下特點：

(1)利用MBD技術(shù)，將零件設(shè)計特征模型轉(zhuǎn)化為集成的信息模型，提升信息管理與利用的效率。

(2)基于設(shè)計特征進行分割面選擇和加工方法鏈的生成，解決了傳統(tǒng)體分解方法中因分割操作與設(shè)計模型之間的信息斷層而導(dǎo)致的分割算法復(fù)雜、分割效率低下等問題。

(3)通過分割操作直接生成包含加工語義的單元體，無需后續(xù)合并算法，打破了傳統(tǒng)體分解方法“先分解—后合并”的模式。

(4)將主加工面作為信息載體，實現(xiàn)單元體的映射分類及加工特征的生成。

(5)將毛坯模型視作第0個工序模型，解決了毛坯模型生成系統(tǒng)和工序模型生成系統(tǒng)因特征處理原則不統(tǒng)一等原因?qū)е碌募衫щy甚至無法有效集成的問題，同時減少了毛坯模型生成和工序模型生成時的重復(fù)工作，提升了效率。

該方法也存在一定局限性，如鑄造模型的分型面與拔模斜度、工序模型的工步優(yōu)化等因素未考慮在內(nèi)，同時，對于包含超2.5維特征的盤類零件，以及其他非盤類零件，該方法的有效性未得到驗證。這些將是下一步研究的重點與方向。