航空發(fā)動機機匣特征識別方法
【專利摘要】一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法，其特征是首先分析航空發(fā)動機機匣結構特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型；其次，對機匣零件進行預設置并提取零件所有面、邊信息；第三，基于種子面、分型面及拓展規(guī)則進行面搜索，構建機匣環(huán)形槽特征和凸臺特征；最后，提取機匣環(huán)形槽特征的所有信息，得到特征識別結果，存入XML文件。本發(fā)明具有識別效率高，正確率高的優(yōu)點。
【專利說明】航空發(fā)動機機匣特征識別方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CAD/CAM技術，尤其是一種航空發(fā)動機關鍵之一機匣的CAD、CAPP, CAM融合技術，具體地說是一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法。
【背景技術】
[0002]CAD、CAPP、CAM系統(tǒng)分別在現(xiàn)代產(chǎn)品設計、工藝設計和數(shù)控編程方面發(fā)揮了很大的作用。但這些系統(tǒng)各自獨立，不能實現(xiàn)信息的自動轉換和共享，導致在應用過程中自動化程度和效率低。以提高產(chǎn)品設計、工藝設計和數(shù)控編程自動化程度和效率為目的的CAD/CAPP/CAM集成成為了工業(yè)界的迫切需求，而特征識別技術可以實現(xiàn)各系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞，是實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成的有效途徑。
[0003]航空發(fā)動機是飛機的動力之源，主要包含機匣、葉盤等結構類型，其中機匣多采用鈦合金、高溫合金等耐高溫、難切削材料；結構上是以回轉輪轂面為主體的圓環(huán)結構，周向分部柱狀島嶼凸臺，零件最薄處僅為2-3mm厚，屬多島嶼復雜薄壁結構件。
[0004]目前在機匣數(shù)控加工中，由于其結構復雜、精度要求高，對于編程工藝人員的經(jīng)驗依賴性很大。傳統(tǒng)的機匣數(shù)控程序編制包含大量人工幾何點選，重復工作量大，且編程質量依賴工藝人員經(jīng)驗，總體效率不高。而特征可以作為加工工藝知識和經(jīng)驗的載體，有效繼承加工工藝知識和經(jīng)驗，基于特征可以實現(xiàn)快速高效的數(shù)控程序編制，而特征識別是基于特征的快速程編技術的基礎。所以特征識別技術成為提高機匣數(shù)控編程效率和質量的重要手段。但在現(xiàn)有的特征識別技術中，還沒有覆蓋機匣零件特征類型，所以對機匣的特征識別還沒有高效的識別方法。
[0005]本發(fā)明公開了一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法。該方法首先根據(jù)航空發(fā)動機機匣的結構特點，將發(fā)動機機匣加工特征定義為一系列環(huán)形槽特征和凸臺特征的組合。其次進行環(huán)形槽特征和凸臺特征的高效特征識別:首先建立零件加工坐標系，設定分型面，再將所有幾何拓撲元素進行唯一標識，構建全息屬性面邊圖，并定義完整的面節(jié)點和邊節(jié)點屬性，最后基于全息屬性面邊圖搜索各類特征的種子面，依據(jù)拓展規(guī)則識別出零件中包含的環(huán)形槽特征和凸臺特征。該特征識別方法涵蓋的特征類型滿足機匣銑削加工需求，且識別效率高，正確率高。
【發(fā)明內容】
[0006]本發(fā)明的目的是針對目前CAM系統(tǒng)缺少針對航空發(fā)動機機匣的特征識別功能，以及現(xiàn)有識別方法的不足，發(fā)明一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法。
[0007]本發(fā)明技術方案是:
一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法，其特征在于它包括以下步驟:
步驟1:分析航空發(fā)動機機匣結構特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型；
步驟2:對機匣零件進行預設置并提取零件所有面、邊信息； 步驟3:基于種子面、分型面及拓展規(guī)則進行面搜索，構建機匣環(huán)形槽特征和凸臺特
征；
步驟4:提取機匣環(huán)形槽特征的所有信息，得到特征識別結果，存入XML文件。
[0008]所述的分析航空發(fā)動機機匣結構特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型是指:
通過分析機匣結構特點和加工特性，將機匣加工特征定義為環(huán)形槽特征和凸臺特征的組合，其中環(huán)形槽特征包含頂面、側面、底角面和底面，且底面上長有周向分布的凸臺特征，其中每個凸臺特征又包含頂面、側面、底角面和底面。
[0009]所述的對機匣零件進行預設置并提取零件所有面、邊信息是指:
預設置包含設定加工坐標系和選定分型面，規(guī)定將Z軸選為機匣回轉軸線方向，X、Y軸不作限定；分型面選擇與Z軸垂直且法向平行Z軸的最低平面；其中零件的面、邊信息包含面、邊的幾何信息及面、邊與其相鄰幾何元素的連接關系。
[0010]所述的種子面為基于拓展規(guī)則進行特征構建的初始值，環(huán)形槽特征的種子面為機匣零件上的錐面、柱面及環(huán)形曲面；凸臺特征的種子面為環(huán)形槽特征的底面列。
[0011]所述的構建機匣環(huán)形槽特征時，首先根據(jù)機匣種子面依據(jù)底面拓展規(guī)則得到正確的環(huán)形槽底面；再根據(jù)底面依據(jù)底角面拓展規(guī)則得到正確的底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側面拓展規(guī)則獲得正確的側面；最后根據(jù)側面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的頂面。
[0012]所述的構建機匣凸臺特征時，首先根據(jù)凸臺種子面(即長有凸臺的環(huán)形槽底面)依據(jù)凸臺底角面拓展規(guī)則得到正確的凸臺底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側面拓展規(guī)則獲得正確的凸臺側面；最后根據(jù)側面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的凸臺頂面。
[0013]機匣環(huán)形槽特征的所有信息按頂面、側面、底角面、底面、凸臺的順序存入XML文件，其中每個凸臺特征包含凸臺頂面、側面、底角面和底面。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明涵蓋了機匣銑削加工需求的特征類型，且具有識別效率高，正確率高的優(yōu)點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明的航空發(fā)動機機匣特征識別方法流程圖。
[0016]圖2為航空發(fā)動機機匣示意圖，其中圖2a為機匣整體外形，圖2b為機匣沿回轉軸向剖面圖，圖2b中CG區(qū)域為機匣環(huán)形槽，CGB為機匣凸臺。
[0017]圖3為航空發(fā)動機機匣特征定義示意圖。圖3中A為機匣環(huán)形槽底面，B為機匣環(huán)形槽底角面，C為機匣環(huán)形槽側面，D為機匣環(huán)形槽頂面，CGB為機匣環(huán)形槽凸臺。取其中一個凸臺放大，如圖中所示，I為凸臺頂面，H為凸臺側面，G為凸臺底角面，F(xiàn)為此凸臺的底面。
[0018]圖4為機匣特征識別預處理示意圖。圖中Z為加工坐標系Z軸，J為分型面；
圖5為機匣拓撲元素的唯一標識示意圖。圖5a為機匣零件，圖5b為將機匣零件所以拓撲元素進行唯一標識的結果，利用tag值對各元素類型進行標識。
[0019]圖6為機匣某凸臺的局部全息屬性面邊圖。圖中為凸臺頂面，且以邊61、62與面f2、f3相連，f2、f3之間以邊e3、e4相連，f2、f3又分別以邊e5、e6與面f4、f5相連，f4、f5之間以邊e9、e10相連，f4、f5又分別以邊e7、e8與面f6相連。[0020]圖7為全息屬性面邊圖邊角度、面角度計算方法示意圖，圖中a為邊角度計算方法，b為面角度計算方法，其中f2為兩個相鄰的面，e為相交邊，Pmid為相交邊的中點，a中ηι、n2為相鄰面f1; ^在口^的法向量，選取f1; &中任一面為基準面，這里選取為基準面，根據(jù)右手螺旋法則確定邊e的方向IV H1到n2的角度記為β，若β>?τ,則邊角度為2nr-fl ,若沒<λy ,則邊角度為沒；b中ηι、η2為相鄰面f1; f2的主法向，同樣選取為基準面，根據(jù)右手螺旋法則確定邊β的方向IV H1到η2的角度記為β若(ff>ar,則面角度為2jt—,若<9 <3,則面角度為<19。
[0021]圖8為機匣特征識別種子面示意圖，圖中Z1為機匣環(huán)形槽構建的種子面，Z2為機匣凸臺構建的種子面。
[0022]圖9為環(huán)形槽種子面擴展流程圖。
[0023]圖10為機匣環(huán)形槽種子面列搜尋示意圖。圖中A為已識別完成的環(huán)形槽底面，Eout為當前環(huán)形槽底面廣義外環(huán)邊，箭頭為搜索方向，a為滿足條件的圓錐面，b為滿足條件的圓柱面，c為滿足條件的自由曲面。
[0024]圖11為機匣環(huán)形槽完整構建示意圖。圖中Etjut為機匣環(huán)形槽底面外環(huán)，B為機匣環(huán)形槽底角面，C為機匣環(huán)形槽側面，D為機匣環(huán)形槽頂面。
[0025]圖12為環(huán)形槽凸臺特征構建示意圖。圖中Ein為機匣環(huán)形槽底面的廣義內環(huán)邊；G為凸臺底角面；H為凸臺側面；1為凸臺頂面。
[0026]圖13為機匣特征識別結果顯示及存儲示意圖，圖中將特征識別結果存入XML格式的文件中。 【具體實施方式】
[0027]下面是結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
[0028]如圖1-13所示。
一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法，它首先根據(jù)航空發(fā)動機機匣的結構特點，將發(fā)動機機匣加工特征定義為一系列環(huán)形槽特征和凸臺特征的組合。其次進行環(huán)形槽特征和凸臺特征的高效特征識別:首先建立零件加工坐標系，設定分型面，再將所有幾何拓撲元素進行唯一標識，構建全息屬性面邊圖，并定義完整的面節(jié)點和邊節(jié)點屬性，最后基于全息屬性面邊圖搜索各類特征的種子面，依據(jù)拓展規(guī)則識別出零件中包含的環(huán)形槽特征和凸臺特征。其流程如圖1所示，具體步驟如下:
1、分析航空發(fā)動機機匣零件結構特性，定義機匣環(huán)形槽和凸臺特征。
[0029]航空發(fā)動機機匣結構上以回轉輪轂面為主體，周向分部柱狀島嶼凸臺，屬圓環(huán)類薄壁零件，如圖2所示，其外形特征類似于周向帶凹槽的圓環(huán)，并在周向凹槽上長有凸起結構，故將機匣加工特征總結為:機匣環(huán)形槽(Circle Groove縮寫CG)，如圖2b中CG區(qū)域，和環(huán)形槽凸臺(Circle Groove Boss縮寫CGB),如圖2b中CGB所不。
[0030]I)機匣環(huán)形槽CG:指機匣周向的凹槽，整體機匣多為360度環(huán)形凹槽，如圖3所示，其中每個機匣環(huán)形槽由槽底面(A)、底角面(B)、側面(C)、轉角面(可缺省，一般只在分瓣機匣中存在)、頂面(D)及底面上長有的凸臺(CGB)構成。
[0031]2)環(huán)形槽凸臺CGB(簡稱凸臺):指生長在環(huán)形槽底面上的島嶼，多為孤島，如圖3所示，也有孤島相連或孤島與環(huán)形槽側面相交的情況，其中每個凸臺又由底面(F)、底角面(G)、側面(H)、頂面(I)構成。
[0032]2、對機匣零件進行預處理并構建全息屬性面邊圖。
[0033]I)對零件模型進行預處理，包含建立加工坐標系和設定分型面。
[0034](I)加工坐標系建立:一般將機匣回轉軸線方向選為加工坐標系Z軸方向，如圖4所示。
[0035](2)分型面一般選為平面，在機匣的特征識別中將分型面選為與加工坐標系Z軸方向垂直的平面(若加工坐標系Z軸選為機匣的回轉軸線方向，則分型面選擇面法向沿Z軸方向的最低平面)，如圖4中J所示，并記錄分型面面積。
[0036]2)獲得CAD模型的所有點、線、面拓撲元素，按照拓撲類型+標識碼的方式重新命名拓撲元素，如圖5所示，賦予每個拓撲元素特定的標識碼，使拓撲元素具有唯一性，便于后續(xù)的特征識別和特征識別結果保存。
[0037]3)構建機匣模型的全息屬性面邊圖。
[0038]全息屬性面邊圖在屬性面邊圖的基礎上加入了更多供特征識別使用的邊的信息和面的信息，其內容包括:
邊的信息:邊的唯一標識、實邊或虛邊標識、曲線或直線標識、邊屬于內環(huán)或外環(huán)標識、相鄰面角度、邊角度、邊長度，如表1所示；
【權利要求】
1.一種航空發(fā)動機機匣特征識別方法，其特征在于它包括以下步驟: 步驟1:分析航空發(fā)動機機匣結構特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型； 步驟2:對機匣零件進行預設置并提取零件所有面、邊信息； 步驟3:基于種子面、分型面及拓展規(guī)則進行面搜索，構建機匣環(huán)形槽特征和凸臺特征； 步驟4:提取機匣環(huán)形槽特征的所有信息，得到特征識別結果，存入XML文件。
2.如權利要求1所述方法，其特征是所述的分析航空發(fā)動機機匣結構特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型是指: 通過分析機匣結構特點和加工特性，將機匣加工特征定義為環(huán)形槽特征和凸臺特征的組合，其中環(huán)形槽特征包含頂面、側面、底角面和底面，且底面上長有周向分布的凸臺特征，其中每個凸臺特征又包含頂面、側面、底角面和底面。
3.如權利要求1所述方法，其特征是所述的對機匣零件進行預設置并提取零件所有面、邊信息是指: 預設置包含設定加工坐標系和選定分型面，規(guī)定將Z軸選為機匣回轉軸線方向，X、Y軸不作限定；分型面選擇與Z軸垂直且法向平行Z軸的最低平面；其中零件的面、邊信息包含面、邊的幾何信息及面、邊與其相鄰幾何元素的連接關系。
4.如權利要求1所述方法，其特征是所述的種子面為基于拓展規(guī)則進行特征構建的初始值，環(huán)形槽特征的種子面為機匣零件上的錐面、柱面及環(huán)形曲面；凸臺特征的種子面為環(huán)形槽特征的底面列。
5.如權利要求1所述方法，其特征是所述的構建機匣環(huán)形槽特征時，首先根據(jù)機匣種子面依據(jù)底面拓展規(guī)則得到正確的環(huán)形槽底面；再根據(jù)底面依據(jù)底角面拓展規(guī)則得到正確的底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側面拓展規(guī)則獲得正確的側面；最后根據(jù)側面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的頂面。
6.如權利要求1所述方法，其特征是所述的構建機匣凸臺特征時，首先根據(jù)凸臺種子面(即長有凸臺的環(huán)形槽底面)依據(jù)凸臺底角面拓展規(guī)則得到正確的凸臺底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側面拓展規(guī)則獲得正確的凸臺側面；最后根據(jù)側面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的凸臺頂面。
7.如權利要求1所述方法，其特征是機匣環(huán)形槽特征的所有信息按頂面、側面、底角面、底面、凸臺的順序存入XML文件，其中每個凸臺特征包含凸臺頂面、側面、底角面和底面。
【文檔編號】G05B19/4097GK103926879SQ201410188103
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權日:2014年5月6日
【發(fā)明者】李迎光, 劉旭, 郝小忠, 馬斯博 申請人:南京航空航天大學