面向数控加工工时估算的模型特征识别

法 向进行划 分 ，将 面分 为基 础面 与约束 面 ，对基
１ 数 控 加 工 结构 件 特 征
特 征 定义 与其应 用领 域相 关 ，不 同领 域所 考 虑产 品 的基 本元 素不 同，从加 工 的角 度看 ，特 征 被 定义为 与加 工操作 和工 具有 关 的零 部件 形状 、 技术特 性和 工 艺参数 等 。数控 加工 结构件 有其 自
束 面 。在面 对具 体 问题 时 ，可将 基础 面简 化定 义
随着数 控加 工技术 水平 的不 断提 高 ， 用数 采
关特 征参 数信 息 ，再 结合机 床加 工参 数信 息 ，则
可 以实现 零件 加工 工 时估算 ，为零件 加 工成本 估 算 提供 了依据 。
控 加 工 的整 体 结 构 件 被 广 泛 采 用 在机 械 制 造 行
业 中 。 造 企业迫 切 需要提 高制造 车 间 的数 字化 制 水平 ，在优 化 资源配 置 、优化 生产 过程 的 同时 ， 实现 车 间执行 、控 制过 程 的有效 管理和 控制 ，实 现 由上至 下 的信息集 成 。实 现车 问 的数字 化管 理 是制 造业 企业 面 向未来 市场竞 争 的有力 武器 。工
（ 北京航空航天大学机械 Ｘ程及 自动化学院，北京 １０９ ） － ０ １１
摘 要： 利用数控加工结构件的特征具有层次分布式特点， 出了 于面邻接 关系 提 基 的特征 识 别方 法 ， 零件 的 面先分成 基础 面和 约束 面 ， 根据 凹凸邻接 关 系组合 为相应 的层 将 再 集合 ， 以层作为特征识别的基础 ， 通过层的识别和组合获得数控加工结构件的特征 ， 并提取 相关特征参数信 息， 结合机床的加工参数 ， 对零件加工工时进行 了估算， 并进行 了实例验证 。 关 键 词：计算机应用；结构件 ；特征识别；加工工时
以基 准 面 的外 法 线 矢 量 作 为 零件 的 基准 方 向 ， 零件 三维 模型 中 的所 有面 元素 划分 为基础 将 面 和约束 面 。划 分方 法为 与基准 方 向近似 垂直 的 定义为基 础 面 ，与基 准方 向近似 平行 的定 义 为约
算 ，从而可 以更 好地 指导车 间 生产调 度 。
难 以进 行此类 结构 件 的特 征 识别 。基 于立体 分解 的特征 识别 方法［ ， 需建立 特征 库 ， 识别 效 无 但
率 不 高 ，应 用 在 该 类 结构 件 上 识 别 效 果 更 不 理
想。
机械 产 品从设计 时零 件尺 寸 的标注 、制 造工 件 时
工件 的定 位 、校验 时尺 寸 的测 量 、一直 到装 配 时 零 部件 的装配位 置确 定 ，都要 用到 基准 的概念 。 基 准 就 是 用 来确 定生 产 对 象 上 几 何 关 系所 依 据 的点 、线或面 。基准面 是指 以之 为参考 用 来确 定 其他 点 、线 、面等 尺寸 的表面 。基准 面分 为设计
ｒ ｌｔｏ ｈｉ ｈ ｅ ｅ ａ ｅ ｒ ｏ ｅ ａｉ ｎｓ ｐ．ｔ ｓ ｆ ｃ ｓ ａ ｅ ｃ ｍｂｉ ｄ ｎｔ ａ ｅ ｓ ｎｅ ｉ ｏ ｌ ｙ ｒ ．Ｔｈ ｌｙｅ ｓ ｕｓ ｄ ｓ ｈ ｂ ｓ ｏ ｅ ｔ ｒ ｅ ａ ｒ ｉ ｅ ａ ｔ ｅ ａ ｅ ｆ ｆ ａ ｕ ｅ ｒ ｃ ｎｉｉ ｎ．Ｂｙ ｒ ｃ ｇ ｉｉｎ ｎ ｏ ｅ ｏｇ ｔｏ ｅ ｏ ｔｏ ａ ｄ ｃ ｍｂｉ ｔｏ ｏ ａ ｒ ，ｍａ ｈ ｎ ｎｇ ｆ ａｕｒ ｓ ａ ｅ ｒ ｃ ｇ ｚ ｄ ｎｄ ｎ ｎａｉ ｎ ｆ ｌｙｅ ｓ ｃ ｉ ｉ ｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｏ ｎｉｅ ，ａ
基 准面和 加 工基准 面 。每个 待加 工 的零件 都有确 定 的基准 面 （ 由用户 指定 ，基 准面通 常 为一平 可 面 ） 因为在 加工 过 程 中 ，工 件 必须 有 与机 床工 。
作 台贴合 的平 面 。
验证 ，根 据统计 得 到 的特 征几 何参数 ，再 结合 机
床 的加工参 数 ，对 生产零 件 的加工 工 时进 行 了估
ＮＣ ａ ｈ ｎ ｎ ｏ ｎ ｈ ｅ ｔ ｒ ｓ ｍ ｃ ｉ ｉ ｇ ｔ ｏｌ ｄ ｔ ｅｆ ａ ｕ ｅ ． ａ
Ｋ ｅ ｒ ｓ ｏ ｕｔｒａ ｐｌ ａ ｉ ｎ； ｔｕ ｔ ａ ａ ｙ ｗｏ ｄ ：ｃ ｍｐ ｅ ｐ ｉ ｔｏ ｓｒ ｃｕｒ ｌｐ Ｎ；ｆ ａｕ ｅｒ ｃ ｇ ｔｏ ｐ ｏ ｅ ｓｎｇ ｔ ｅ ｃ ｅ ｔ ｒ ｅ ｏ ｎｉｉｎ； ｒ ｃ ｓ ｉ ｉ ｍ
２ 基 于 面 邻接 关 系 的特 征 识 别 方 法
２１ 基准面 、基础 面 和约 束面及 相关概 念 ．
成 结构件 特 征 的特 征面 数 目是不定 的 ，特征 面 的
面 类型 也是 多样 的 ，并呈现 复杂 的多样 性 ，无法 有 效建 立预 定义 的特征 库 ，基 于边 界匹配 的方法 基准 是机械 制造 应用 十分广 泛 的一个 概念 ，
为 ：与基准 方 向垂直 的为基 础面 ，与基准 方 向不
垂直 的为约 束面 。 层 由每 一 个 基 础 面 及 所 有 与 其 凹 邻 接 的约
束面 组 成 ，则 数 控 加 工零 件 可 以简 化 为 层 的组 合 ，在所 有层 中 ，按照 槽 、孔和 轮 廓特 征 的定义 再组合 相关 的层 ， 即可 识别 出零件 的所有特 征 。
特 征 识 别 的 方 法 从 整 体 上 可 以 分 为 两 大 类 一 类是 基于 边界 匹配 的特征 识 别方法 【３ ２】 －，
另 一类 是基 于立 体分解 的特 征识 别方 法 。具有 代
表 性 的基于 边界 匹配 的特征 识别 方法 ，主 要有 ３
艺规 划 ，加 工成本 估算 是数 字化 车 间管理 的必 备 关键 技 术 ，而 通 过 数 控 加 工 结 构 件 进 行特 征 识
文 章 编 号 ：２ ９ —０ Ｘ ｆ０ ２０ —０ ９０ ０ ５３ ２ １）５０ ８ ．５ ２
中图分 类号 ：Ｔ ９ ． Ｐ３ １ ７ 文献标 识码 ：Ａ
Ｔｈ ｅ ｔ ｒ ｅ ｏ ｎ ｔ ｎ ｏ Ｄ ｏ ｅ ｏ ｅｆ ａ ｕ ｅｒ ｃ ｇ ｉ ｏ ｆ ｉ ３ ｍ ｄ ｌ ｒＮＣ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｔ ｅｆ ｒ ｃ ｓｉ ｇ ｆ ｐ ｏ ｅ ｓｎ ｍ ｏ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ
别 ，可 以为 实现工 艺规划 提供 依据 ；统计提 取相
种 ：基 于规则 的特征 识别 方法 ，基于 图 的特 征识 别 方法【 Ｊ ４ 和基于 痕迹 的特 征识别 方法【。这些 方 ６ ］
法 都 在 一 定 程 度 上 解 决 了特 征 识 别 中 的一 些 问
收 稿 日期 ：２ １ － ４ ２ ；定 稿 日期 ：２ １ — ５ ２ ０ ２０ －２ ０ ２０ —４
两 个相 邻面之 间的夹角 小于 １ ０ ， ８ 。 则称 这两 个面属 于 凹邻接 关系 ；两 个相邻 面 之 间的夹 角大
于 １ Ｏ ，则称 这两个 面 关 系判 断 ，如 图 ２所 示 。面 Ｆ１ 面 Ｆ 相 交 ，面 Ｆ１ 和 ２ 的外法 向为 ， ｌ ，Ｐ１ 和 分 别 为面 Ｆ１ 面 上 的一点 ，且 点 尸 不 和 ２ 在两个 面 的公共 边上 ，则判 断这两 个面 之 间的 凹 凸邻接 关 系准则 为 ：
Ｗａ ｎ ｎｇＮｉ ｇ， ＸｉＰｉ ， Ｚｈａ ｏ ａ ｎｇ ｎｇＢａ ｙｕ ｎ
（ ｃ ｏ ｌ ｆ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄ ｕｏ ｔ ｎ Ｂ ｉａ ｇ ｉｅｓｙ Ｂ ｉｎ ０ １ １ Ｃ ｉａ Ｓ ｈ ｏ Ｍｅｈ ｎｃ ｇｎ ｅ ｎ Ａ ｔｍａ ｏ ， ｅ ｎ ｖ ｒ ｔ， ｅ ｉｇ１ ０ ９ ， ｈｎ ） ｏ ａＥ ｉ ｎ ｉ ｈ Ｕｎ ｉ ｊ
顶部独 立加 工 的一种 结 构 。
图 ２ 判 断 凹 凸邻 接 关 系
第 ５期
王 宁等：面向数控加 工工时估算 的模型特征识别
’１ ９
若 ，． 只 ＞０，则 称面 Ｆｌ 面 为 凹连接 １ 和 关系 ； 若 ，． 只 ＜０，则 称面 一 和面 为 凸连接 １ 关系 。 ２３ 特 征识 别算 法流程 －
ｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｏ ｉ ｅ ｎ ｏ ｂ ｓ ａ ｅ ｎ ｏ ｓｒ ｉ ｔ ｆ ｃ ｓ ｈ ａ ｔ ａ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｉ ｔ ａ ｅ ｆ ｃ ｓ ａ ｄ ｃ ｎ ｔａｎ ａ ｅ ．Ｔｈ ｎ ｗｉ ｅ ｃ ｎ ａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｔ ｏ ｃ ｖ ．ｏ ｖ ｘ ｈ ｈ
鉴 于 上 述 特 征 识 别方 法 一 定 程 度 上 存 在 识
别效 率不 高 、识 别效 果不 理想 的 问题 ，同时 为 了 能更 好 的提 取特 征 的几何参 数信 息 ，便于 对零 件 加工 工时进 行估 算 ，本文 提 出 了基 于面邻 接关 系
的特 征识别 方法 ，并在数 控加 工结 构件上 进行 了
作 者简 介 ：王
宁 （９ ８ ） 男，江 苏徐 州人 ，硕 士 ，主要研 究 方 向为 Ｃ ／Ａ 。Ｅｍａ ：ｓｗａｇ ｉ ＠ １３ｃｒ １８一 ， ＡＤＣ Ｍ － ｉ ｎ ｎ ｎｎ ｌ ｇ ６． ｎ ｏ
图 学
学 报
２１ ０ ２正
题 ，其 中基 于 图 的特 征 识 别 方 法 一 直被 广 泛 采 用 。但 是数 控加 工 的结构件 有其 自身 的特 点，构
轮
图 １ 典 型 结 构件 及特 征不 意 图
数控 加工 结构件 ４类 典型 特征 的定 义如下 ：
槽 ：有 底部及 与 其近似 垂直 侧壁 的一种 周边
封 闭或者 半封 闭型 腔结 构 。
孔 ：零件 上 圆形或 者非 圆 的封 闭贯通 部分 。
轮廓 ：由 曲面 或者平 面构 成 的零件 外形 。 筋 ：槽 及轮廓 加 工完成 后顶 部需 加工或 侧面
２１ ０２年 ｌ Ｏ月 第３ ３卷 第 ５期
图 学 学 报
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