CN103814334B - 一种数据处理***及方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括步骤：A接收（505，510）三维（3D）立体零件模型（304，402）和相关联的3D立体原坯（200，302，404）；B将初始在制工件—以下由IPW表示—定义（515）为与3D立体原坯相同；C定义（520）要从IPW去除的切割体积在制特征（202，204，306，308，408）；D通过从IPW去除（530）切割体积在制特征（202，204，306，308，408）来计算更新的IPW；E如果IPW不等于立体零件模型（304，402），则重复步骤C和D；F将具有去除的切割体积在制特征（202，204，306，308，408）的更新的IPW存储（540）在数据处理***（100）中。该方法的有利实施方式允许用户容易地定义CAM操作，这些CAM操作参考IPW感知3D立体切割体积作为它们的体积容量，并且不需要二维（2D）边界的手动定义。

Description

一种数据处理***及方法
本发明涉及一种方法、一种CAD数据处理***和一种计算机可读介质，用于根据独立权利要求所述的体积切割规划。
技术领域
一般而言，本公开涉及计算机辅助设计（CAD）、可视化和制造***，以及其他***（统称为“计算机辅助制造”***或CAM***），除其他之外，CAM***用于设计和制造产品。改进的***是理想的。
发明内容
各种公开的实施方式包括用于计算机辅助制造和设计的方法，以及相应的***和计算机可读介质。一种方法包括接收三维（3D）立体零件模型和相关联的三维立体原坯。该方法包括定义与三维立体原坯相同的初始在制工件（IPW），并且定义要从IPW去除的切割体积在制特征。该方法包括从IPW去除切割体积在制特征。该方法可以包括计算和存储切割体积在制特征或具有移除的切割体积在制特征的更新的IPW。在各种实施方式中，可以总是针对每个状态计算和显示更新的在制工件。
上述内容已经相当广泛地概述了本公开的特征和技术优点，以使本领域的技术人员可以更好地理解下面的详细描述。以下将描述形成权利要求的主题的本公开的另外的特征和优点。本领域的技术人员将认识到，他们可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式作为用于修改或设计实现与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域的技术人员还将认识到，这些等同构造不脱离本公开在其最广泛形式上的精神和范围。
在开始下面的具体实施方式之前，阐述本专利文献中使用的某些词或短语的定义可以是有利的：术语“包括（include）”和“包括（comprise）”以及它们的派生词意味着没有限制的内含；术语“或”是内含性的，意味着和/或；短语“与…相关联”和“与其相关联”以及它们的派生词可以意味着包括、被包括在内、互连、包含、被包含在内、连接、耦接、可通 信、合作、交织、并置、接近、绑定、具有、具有其属性等；并且术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何装置、***或其一部分，不论该装置是通过硬件、固件、软件，还是其中至少两者的一些组合来实现的。应当注意的是，与任何特定控制器相关联的功能可以是集中的或分布的，不论是本地地还是远程地。本专利文献中提供了某些词和短语的定义，并且本技术领域的普通技术人员将理解，在许多（如果不是大多数）情形下，这些定义适用于这样定义的词和短语的以前的和未来的使用。虽然一些术语可以包括广泛的多种实施方式，但是所附权利要求可以明确地将这些术语限制到具体实施方式。
附图说明
为了更加完整地理解本公开及其优点，现结合附图参照以下描述，在附图中相同的附图标记表示相同的对象，并且其中：
图1示出了其中可以实现实施方式的数据处理***的框图；
图2以块工件的横截面视图示出了在制特征；
图3示出了在制工件情况下的角切口的切割体积；
图4A-4D示出了根据公开的实施方式的切割体积的去除；以及
图5示出了根据公开的实施方式的处理的流程图。
具体实施方式
下面讨论的图1到5，以及用于描述本专利文献中的本公开的原理的各种实施方式仅作为说明，并且不应被解释为以任何方式限制本公开的范围。本领域的技术人员将理解，可以以任何合适布置的装置来实现本公开的原理。参照示例性的非限制性的实施方式，将描述本申请的许多创新教导。
本文公开的各种实施方式使用户和***能够确定CAM设置的数目，并且通过将要被加工的材料分解和排序成“切割体积”来规划对部件进行加工所需的详细CAM操作。
本文使用的“在制工件”（IPW）是正在经历加工或其他制造操作（不论是物理的还是仿真的）的一块材料。为了适当地规划和执行CAM操作， 重要的是能够确定每个操作之前和之后的IPW的状态，并且IPW是指两个操作之间的工件的中间状态，如本文所使用的，术语IPW是指工件的三维（3D）几何特征。加工特征的切割体积是在零件模型的背景下要去除的体积形状，并且在制特征的切割体积是在IPW的背景下由操作去除的体积。加工特征具有一个或更多个在制特征，对加工特征进行加工所需的每个操作具有一个在制特征。
在传统的CAM***中，仅在全面定义CAM操作和生成工具路径之后才可以确定IPW模型。
在传统的***中，在初始设置和操作规划阶段期间，CAM操作还不存在，所以没有可以用于帮助对操作的体积容量进行定义的IPW。通过定义二维边界或面，期望用户想象IPW和定义适当的体积容量。这些边界取决于通过先前操作去除的材料。用户总是需要最新的IPW，以便能够指定他的操作的适当的体积容量。这将用户置于困难的境地，因为为了定义操作，用户需要最新的IPW，但是只有在全面定义先前操作之后，才可以确定IPW。
公开的实施方式提供改进的***和方法，用于棱柱零件和其他零件的设置、处理规划和数控（NC）编程。
设置和处理规划通常与数控编程分离。处理规划人员通常使用企业资源规划（ERP）***来定义设置数目和每个设置的操作类型的纯文本描述。定义详细的操作规划被留给NC编程人员，NV编程人员使用CAM***定义单个顺序的操作组。
通常使用二维边界和面手动定义操作的体积容量，这可以使其成为非常耗时的动作。对这些操作重新排序可以要求体积容量的大量修改。这些改变必须由NC编程人员手动地进行，NC编程人员必须在每个操作之前和之后在其大脑中使IPW的三维状态可视化。对基于新切割体积的操作重新排序将自动地更新体积容量和IPW。因此，将更容易地使操作顺序最优化。
传统地，NC编程人员只看到操作的输入几何特征（面和/或边界）和大批操作参数。对这些操作参数中的一些操作参数的修改导致未被可视化的体积容量的改变。给用户的唯一反馈是得到的工具路径，这可能也可能不能去除用户想要切割的体积。
公开的实施方式允许用户容易地定义CAM操作，这些CAM操作参 考IPW感知三维立体切割体积作为它们的体积容量并且不要求二维（2D）边界的手动定义。公开的实施方式支持三维可视化和推断的切割体积的编辑两者，以在要加工的体积上提供最大的用户控制。各种实施方式提供操作重新排序的功能，其自动地更新三维立体切割体积和操作的体积容量两者，这能够在不添加显著的额外努力的情况下实现处理的最优化。
公开的实施方式提供明显的技术优点。CAM操作可以参考三维立体切割体积，而不是模型面和/或二维边界。切割体积是IPW感知的，并且更容易定义。这些切割体积和IPW还自动地适应于由操作的重新排序引起的改变。
此外，公开的实施方式可以使清楚的三维切割体积可视化。这提供了非常形象的规划体验，并且导致执行多面设置规划和最优化以及NC编程所需的时间的显著减少。
图1示出了数据处理***的框图，其中实施方式可以被实现为例如通过软件或其他方式具体配置以执行本文描述的处理的CAM***，并且特别地实现为本文描述的多个互连和通信***中的每一个***。所示数据处理***包括连接到二级缓存/桥104的处理器102，该二级缓存/桥104转而连接到本地***总线106。本地***总线106可以是例如***部件互连（PCI）架构总线。在所示示例中，主存储器108和图形适配器110还连接到本地***总线。图形适配器110可以连接到显示器111。
其他***设备，诸如局域网（LAN）/广域网/无线（例如WiFi）适配器112，也可以连接到本地***总线106。扩展总线接口114将本地***总线106连接到输入/输出（I/O）总线116。I/O总线116连接到键盘/鼠标适配器118、磁盘控制器120和I/O适配器122。磁盘控制器120可以连接到存储部126，存储部126可以是任何合适的机器可用或机器可读存储介质，其包括但不限于，诸如只读存储器（ROM）或电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）的非易失性硬编码型介质、磁带存储部、和诸如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器（CD-ROM）或数字多功能光盘（DVD）的用户可记录型介质、以及其他已知的光学、电学或磁存储设备。
I/O适配器122可以被连接以控制一个或更多个工具128，工具128可以是数控机器或其他机器工具，尤其是如本文描述的被配置成在工件上执行加工操作的那些工具。
在所示的示例中，音频适配器124也连接到I/O总线116，扬声器（未示出）可以连接到音频适配器124用于播放声音。键盘/鼠标适配器118为诸如鼠标、轨迹球、触控杆等的指示设备（未示出）提供连接。
本领域的技术人员将认识到，对于具体的实现方案，图1所示的硬件可以变化。例如，此外可以使用诸如光盘驱动器等的其他***设备或者被用于代替所示硬件。所示示例仅被提供用于说明的目的，不意味着暗指针对本公开含有结构限制的意思。
根据本公开的实施方式的数据处理***包括使用图形用户接口的操作***。该操作***允许多个显示窗口同时出现在图形用户接口中，每个显示窗口为不同的应用或相同应用的不同实例提供接口。用户可以通过指示设备来操纵图形用户接口中的光标。光标的位置可以改变和/或可以是用于激活期望响应的事件，诸如点击鼠标按钮。
在适当地修改的情况下，可以使用各种商业操作***中的一个，诸如位于美国华盛顿州雷德蒙市的微软公司的产品Microsoft WindowsTM版本。根据所述的本公开，修改或创建该操作***。
局域网/广域网/无线适配器112可以连接到网络130（网络130不是数据处理***100的一部分），如本领域的技术人员已知的，网络130可以是任何的公共或私人的数据处理***的网络或网络的组合，包括互联网。数据处理***100可以在网络130上与服务器***140进行通信，服务器***140也不是数据处理***100的一部分，但是可以被实现为例如分离的数据处理***100。
一般而言，加工特征是工件中材料应该被去除的体积。在一些实施方式中，加工特征被表示为一组几何实体，诸如面；和描述特性的一组参数，例如表面粗糙度；以及特征的形状，例如宽度和高度。除其他之外，加工特征通过一个或更多个操作来加工，诸如粗加工和精加工操作。
特征可以通过一个或更多个操作来加工，直到达到其最终的形状。通过这些操作中的一个操作加工的形状可以被认为是加工特征本身。这里，这样的中间特征称为“在制特征”。对于针对加工特征执行的每个操作，创建在制特征。在各种实施方式中，在制特征连接到一个操作。
图2以块工件的横截面视图的方式示出了在制特征。在这种情况下，首先使用粗加工处理，然后使用精加工处理，工件200被加工成具有角切口。使用粗加工在制特征202和精加工在制特征204示出了这些操作，粗 加工在制特征202示出了通过粗加工处理去除的切割体积，并且精加工在制特征204示出了通过精加工处理去除的切割体积。在执行粗加工和精加工操作之后，工件200的剩余区域206，即IPW，将具有角切口。使用精加工和粗加工操作来创建角切口，从而创建粗加工角切口的在制特征和精加工角切口的在制特征。
包括加工特征和在制特征的每个特征具有相应的必须被去除的材料的体积，以便产生特征。对于加工特征，切割体积表示零件模型的背景下必须被去除的体积，并且是用户想要通过与该特征相关的操作来切割的体积。对于在制特征，切割体积表示IPW模型的背景下必须被去除的体积，并且源自于零件几何特征，正如来自相关的加工特征的切割体积，但是考虑了相对于IPW的面偏移。
对于制造而言，在通过操作被切割特征体积的工件的背景下观察特征体积是更为相关的。工件（IPW）的几何形状是初始工件（原坯）和最终工件（零件模型）之间的中间状态，并且表示两个操作之间的状态，最后，通过从原坯减去所有在制特征的切割体积而计算的IPW将与零件模型相同。
图3示出了IPW的背景下的角切口的切割体积。这里，示出了初始原坯302以及从工件最终生产的零件304。切割体积的在制特征306示出了在IPW的背景下从工件去除的体积。切割体积的加工特征308示出了在零件的背景下要去除的体积。
在许多情况下，加工特征体积与它的在制特征的切割体积之和相同。然而，这不一定是真实的，因为在IPW的背景下计算体积可以导致不同的体积，如图3的示例中的那样。
根据各种公开的实施方式，用户通常以简单的立体块开始，诸如原坯302，并且定义或选择通过每个操作要去除的切割体积，以减去如孔、槽、凹口等的特征。每个在制特征通过从IPW减去其切割体积来改变IPW。这些切割体积可以由用户手动创建并且由***接收，或者***可以使用通过特征识别得到的特征的切割体积。通过先前在制特征创建的（输出）IPW将被用作输入IPW，用于下一个在制特征的计算。
该处理意味着，通过从IPW减去在制特征的体积，利用每个操作修改IPW，其中IPW的第一状态通常是原坯。这导致下一个操作的新的IPW。因此，在新操作被定义之后，自动更新IPW。这类似于在新的CAD 特征被定义后更新零件。
图4A至4D示出了根据公开的实施方式的切割体积的去除。在图4A中，示出了围绕要创建的零件402的原始原坯404。
图4B示出了***接收要去除的切割体积特征的选择。在这种情况下，***接收由零件402的两个面，即一个侧面和一个上面定义的一个特征406的选择，零件402的这两个面定义了切割体积特征的边界，在这种情况下，***可以使用规则来确定切割体积特征的其他边界应通过所将选择的零件特征投影到当前IPW的边界来确定。
图4C示出了要从原坯去除的切割体积的在制特征408。
图4D示出了在去除在制特征之后得到的在制工件410。***可以指定输出在制工件410作为输入IPW用于任何后面的系列操作，包括使用IPW410作为起始原坯来执行另一切割体积的去除处理。“原坯”是初始IPW并且是所有切割体积改变的对象。
在各种实施方式中，用户可以改变已经创建的切割体积。当切割体积没有准确表示用户的意图时，用户能够像正常CAD特征那样编辑体积。
一旦创建了一系列操作，则无论出于何种原因，用户有可能想要改变操作顺序。移动操作将针对被移动的操作之后的操作重新计算所有的切割体积，并且转而针对每个连续操作改变IPW。结果是IPW总是最新的。
注意，在各种实施方式中，切割体积简单地反映了用户想要去除的预期体积。将被去除的实际（准确）体积也可以取决于其他操作参数，并且通常仅能够在计算准确的工具路径之后被确定。在理想的情况下，这两个体积将完全相同。它们之间的差异可用于向用户通知结果不是他想要的。
图5示出了根据公开的实施方式的处理的流程图，例如，通过CAM、CAD，或产品寿命管理（PLM）***，或多***共同作用，可以执行所述处理。
***接收三维立体零件模型（步骤505）。这可以是三维CAD模型。如本文所使用的，接收可以包括：从存储部加载，从另一***或处理接收，经由与用户交互接收，或其他方式。在一些实现方案中，接收的工件可以是来自先前处理的在制工件（IPW）。
***接收与三维立体零件模型相关联的三维立体原坯（步骤510）。
***可以将初始IPW定义为三维立体原坯（步骤515）。
***定义要从IPW去除的切割体积的在制特征（步骤520）。这个步骤可以包括接收诸如底面和墙面的零件模型面的选择，以及从选择的面确定切割体积。在其他实施方式中，这个步骤可以包括***接收零件模型的加工特征的用户选择。这个步骤可以包括***将切割体积特征或任何选择的特征的开放面投影到或延伸到工件的一个或更多个边界或面，“开放面”是不与IPW相碰的面。作为这个步骤的一部分，***可以使用三维立体零件模型的面，或模型的任何其他特征，以计算零件模型的背景下的切割体积。***还可以执行任何所需的分析，以针对在制特征调整IPW的背景下的需要计算的面。
定义切割体积在制特征可以包括定义计算机辅助制造（CAM）操作，以从对应于切割体积在制特征的物理工件去除切割体积。
***可以可选地接收针对切割体积特征的编辑或其他操纵（步骤525）。
通过从先前的IPW去除切割体积在制特征，***计算更新的IPW（步骤530）。这个步骤可以包括存储更新的IPW或向用户显示更新的IPW。
如果更新的IPW仍没有与三维立体零件模型相同，则***可以使用更新的IPW作为三维立体原坯，重复步骤520中的处理（步骤535）。
***可以存储更新的IPW或在制特征的切割体积（步骤540）。***可以使用存储的在制特征的切割体积来实时地重新计算和显示IPW。如果IPW与零件模型相同，由于没有更多的需要加工的切割体积，处理结束。在后继操作中可以将更新的IPW用作三维立体原坯，即使在步骤535处理不重复，或者可以使用在制特征的切割体积来重新计算IPW用于在后继操作中使用。
***还可以执行其他操作，诸如定义关于IPW的CAM顺序操作。***可以允许CAM操作的重新排序，以及针对每个操作自动地更新切割体积和三维立体IPW。***可以确保切割体积关联地更新到零件和/或原坯模型改变。***可以使用切割体积来定义关于2.5维体积的铣削操作的体积容量。
注意，如本文使用的“存储”不一定需要保证所存储的元素是永久性的、半永久性的或非易失性的存储。“存储”还可以包括存储器中的临时存储，仅存储计算、显示或操纵所存储的元素所需的时间长度，与在不再需要时是否随后放弃所存储的元素无关。
当然，本领域的技术人员将认识到，除非操作顺序明确指出或需要，否则上述处理中的某些步骤可以被省略，同时地或顺序地被执行，或者以不同顺序被执行。
本领域的技术人员将认识到，为了简单和清楚，本文没有示出或描述适合与本公开一起使用的所有数据处理***的全部结构和操作。相反，仅示出和描述了本公开独特的数据处理***或理解本公开所需的数据处理***的结构和操作。数据处理***100的构造和操作的剩余部分可以符合本领域中已知的各种当前实现和实践方案中的任何方案。
重要的是要注意，虽然本公开包括全功能***的背景下的描述，但是本领域的技术人员将意识到，本公开的机制的至少一部分能够以指令的形式分送，所述指令以多种形式中的任一形式包含在机器可用、计算机可用或计算机可读的介质中，并且本公开同样适用，而与实际用于执行该分送的特定类型的指令或信号承载介质或存储介质无关。机器可用/可读介质或计算机可用/可读介质的示例包括：非易失性的硬编码型介质，诸如只读存储器（ROM）或电可擦除可编程只读存储器（EEPROM））；以及用户可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动器和光盘只读存储器（CD-ROM）或数字多功能光盘（DVD）。各种实施方式可以包括存储在暂态或非暂态介质中的计算机可执行指令，所述指令在被执行时使一个或更多个数据处理***执行本文描述的动作。
附图标记列表、术语表
100 数据处理***
102 处理器
104 缓存/桥
106 本地***总线
108 主存储器
110 图形适配器
111 显示器
112 局域网/广域网/无线适配器
114 扩展总线接口
116 输入/输出总线
118 键盘/鼠标适配器
120 磁盘控制器
122 I/O适配器
124 音频适配器
126 存储部
130 网络
140 服务器***
200 工件
202 粗加工在制特征
204 精加工在制特征
206 工件200的剩余区域
302 初始原坯
304 零件
306 切割体积在制特征
308 切割体积加工特征
402 零件
404 原始原坯
406 特征
408 切割体积在制特征
410 得到的工件
505 接收零件
510 接收原坯
515 IPW=原坯
520 定义切割体积特征
525 接收对切割体积特征的编辑
530 从IPW去除切割体积特征
535 IPW=零件？
540 存储IPW
2D 二维
3D 三维
CAD 计算机辅助设计
CAM 计算机辅助制造
ERP 企业资源规划
I/O 输入/输出
IPW 在制工件
LAN 局域网
NC 数控
PCI ***部件互连
PDM 产品数据管理
PLM 产品寿命管理
WAN 广域网

Claims (9)

1.一种由数据处理***(100)执行的方法，包括步骤：
A接收(505，510)三维立体零件模型(304，402)和相关联的三维立体原坯(200，302，404)；
B将初始在制工件定义(515)为与所述三维立体原坯相同；
C定义(520)要从所述在制工件去除的切割体积在制特征(202，204，306，308，408)，包括接收用户对所述三维立体零件模型的特征的选择，自动地将所述三维立体零件模型的所选择的特征的开放面延伸到所述在制工件的一个或更多个边界或面，以及根据所选择的特征和所延伸的开放面确定所述切割体积在制特征，其中所述开放面是不与所述在制工件相碰的面；
D通过从所述在制工件去除(530)所述切割体积在制特征(202，204，306，308，408)来计算更新的在制工件；
E如果所述在制工件不等于所述三维立体零件模型(304，402)，则重复步骤C和D；
F将去除了切割体积在制特征(202，204，306，308，408)的所述更新的在制工件存储(540)在所述数据处理***(100)中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤C中，定义(520)切割体积在制特征(202，204，306，308，408)包括定义计算机辅助制造操作，用于从对应于所述切割体积在制特征(202，204，306，308，408)的物理工件去除切割体积(202，204)。
3.如权利要求2所述的方法，其中，在步骤C中，定义(520)切割体积在制特征(202，204，306，308，408)包括粗加工在制特征(202)和精加工在制特征(204)，所述粗加工在制特征(202)对应于要通过粗加工处理去除的切割体积，而所述精加工在制特征(204)对应于要通过精加工处理去除的切割体积。
4.如权利要求1到3中的任一项所述的方法，其中，在后继操作中将所述更新的在制工件用作所述三维立体原坯。
5.一种数据处理***(100)，其包括处理器(102)和可访问的存储器(108，126)，所述数据处理***(100)被配置成
接收(505，510)三维立体零件模型(304，402)和相关联的三维立体原坯(200，302，404)；
将初始在制工件定义(515)为与所述三维立体原坯相同；
定义(520)要从所述在制工件去除的切割体积在制特征(202，204，306，308，408)，包括接收用户对所述三维立体零件模型的特征的选择，自动地将所述三维立体零件模型的所选择的特征的开放面延伸到所述在制工件的一个或更多个边界或面，以及根据所选择的特征和所延伸的开放面确定所述切割体积在制特征，其中所述开放面是不与所述在制工件相碰的面；
通过从所述在制工件去除(530)切割体积在制特征(202，204，306，308，408)来计算更新的在制工件；以及
将去除了切割体积在制特征(202，204，306，308，408)的所述更新的在制工件存储(540)在所述数据处理***(100)中。
6.如权利要求5所述的数据处理***，其中，定义切割体积在制特征(202，204，306，308，408)包括定义计算机辅助制造操作，用于从对应于所述切割体积在制特征(202，204，306，308，408)的物理工件去除切割体积(202，204)。
7.如权利要求5或6所述的数据处理***，其中，定义切割体积在制特征包括接收所述切割体积在制特征的用户选择。
8.如权利要求5或6所述的数据处理***，其中，所述***向用户显示所述更新的在制工件。
9.如权利要求5或6所述的数据处理***，其中，在后继操作中所述更新的在制工件被用作所述三维立体原坯。
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