CN118584903B - 复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法、装置及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明属于计算机辅助制造技术领域，公开一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法、装置及介质，根据复杂曲面数控加工在CAM软件中每一操作步骤可能用到的操作选项来进行数控加工工艺规划流程的拓扑结构的构建，并对两个操作节点之间的连接边赋予一个权重来衡量对应连接边的操作可行性，以得到对应的加权图，根据加权图确定以起点和终点为端点的路径集合，并计算各个路径中的总权重，以总权重最大的路径作为最优路径，从而得到最优加工操作路径方案，同时本发明还引入协同过滤方法，通过成功实例来构建实例库，作为操作节点的推荐基础，从而提升规划效率。整个工艺规划流程与当下常用的CAM软件相结合，保证规划出来的最优路径的实践可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机辅助制造技术领域，更具体地，涉及一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法、装置及介质。
背景技术
复杂曲面主要用数控加工技术实现，数控加工工艺规划是核心环节，制定合理的复杂曲面数控加工工艺规划十分困难，目前通常采用相应CAM软件进行,工程师根据掌握的经验与知识，通过交互式方法在CAM软件中通过选择相应合理的选项和参数完成数控编程,整个过程需要反复调整参数,要求操作人员具有良好的数学基础和丰富加工经验, 并对多轴数控机床原理有较深刻的理解。
学者在复杂曲面数控加工规划方面的研究现状：
文献《Jiang Yajun, Chen Jun, Ruan Xueyu. Fuzzy similarity-based roughset method for case-based reasoning and its application in tool selection[J].International Journal of Machine Tools&Manufacture, 2006, 46(2)107-113.》提出基于实例推理的刀具自动选取方法。
文献《吕东, 华昌, 李志刚. 基于标准工艺模板的自动数控编程技术及其应用[J]. 模具工业, 2011, 37(5), 12-17.》运用模板技术, 实现数控编程自动化。
文献《Christophe Danjoua, Julien Le Duigoua, Benoît Eynard. Closed-loop manufacturing, a STEP-NC process for data feedback: a case study[J].Procedia CIRP, 2016, 41: 852 – 857.》提出一种辅助用户制定新的加工工艺方法。
文献《YANG Qilei, WANG Hongshen, CAO Xigan. Research on AutomaticSelection of CNC Milling Method for Complex Surfaces Based on NX CAM System[J/OL]. Machine Tool&Hydraulics.2022-11-21.》提出一种复杂曲面数控铣削中自动提取加工特征的方法。
文献《Hongshen Wang, Jialiang Zhu, Boling Li, Jiayu Zhu. IntelligentQuestion Answering System for Impeller CNC Machining Based on Knowledge Graph[C]. International Conference on Computer Engineering andArtificialIntelligence (ICCEAI), 2022: 695-699.》提出一种复杂曲面数控加工工艺规划实例存储与快速查询方法。
目前，虽然现有技术针对计算机辅助数控加工规划进行一定程度的研究，但研究停留在理论层面，与实践严重脱节。目前复杂曲面数控加工规划普遍使用相应的CAD/CAM软件工具实现，但现有的相关方法都脱离了相应的数控加工规划软件工具，实践可操作性低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法、装置及介质，以解决现有技术中存在的复杂曲面数控加工规划对工程人员要求高，难以实现优化的问题，通过运用知识与数据有机结合的推理、决策技术, 将最优的操作选择推荐给CAM 系统， 最终实现待加工曲面数控加工规划自动生成，并可达到优化，以此可以为复杂曲面数控加工规划的制定提供一个有力的方法和工具，实现数控加工规划的最优化。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
根据本发明的第一方面，提供一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法，所述方法包括：
构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构，所述数控加工工艺规划流程的拓扑结构包括至少三个连续的操作层，每个操作层中包括至少一个操作节点，所述操作节点对应于计算机辅助制造软件中操作流程的选项，所述至少三个连续的操作层包括一个起始层、至少一个中间层以及一个最终层，所述起始层和所述最终层中均包括一个操作节点，分别表示为起始节点和最终节点，其中序号为的操作层中的第个操作节点表示为，其中=0,1,2…,+1，表示操作层的序号，表示中间层的总数；
以序号为的操作层中的第个操作节点作为当前操作节点，将下一操作层中的操作节点表示为，，其中i是第+1个操作层中操作节点的编号，是当前操作节点v(l,k)与第+1个操作层相连接的操作节点的数量，将当前操作节点和下一操作层中的操作节点进行连线，得到连接边赋予一个权重，以得到加权图，所述权重表示第个操作层的操作节点与第+1个操作层中第个操作节点的选择优先级；
基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案。
进一步地，所述基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案，包括：
基于所述加权图构建路径集合，所述路径集合包括至少一条以起始节点和最终节点为端点的路径；
通过如下公式计算各条路径所经过连接边的权值之和：
，
式中，表示所述路径集合中的一条路径，W()表示所述路径集合中的一条路径经过连接边的权值之和；
从所述路径集合中选择一条路径作为最优加工操作路径方案，所述最优加工操作路径方案满足如下条件：
，
式中， 表示最优加工操作路径方案，W()表示最优加工操作路径方案经过连接边的权值之和，max表示最大值函数。
进一步地，获取每个操作节点的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加，基于下一操作层中的操作节点中的充分特征数量来对连接边赋予一个权重。
进一步地，所述基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案，包括：
获取每个操作选项的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加；
获取成功的复杂曲面数控加工规划实例，构建实例库，并根据被加工工件的几何特征或工程语义特征与充分特征的匹配数量来计算每个操作选项所获得的评价分数，用来描述实例对每个操作选项选择的偏好程度；
根据被加工工件确定待加工曲面，并提取所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征，将所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征与选择依据中的必要特征进行匹配，确定每个操作层中的操作节点，形成待加工曲面的初步加工规划c 0；
遍历所述实例库中所有的选择序号为k的操作节点的实例，得到集合，表示在计算机辅助制造软件中的序号为的操作层中选择第个操作节点的第j个实例，表示集合中实例的总数；
遍历所述集合，计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值，得到个实例相对于待加工曲面的推荐值，选出最大的推荐值，以所述最大的推荐值所对应的操作节点作为所述待加工曲面的最优选项。
进一步地，通过如下公式计算每个操作选项所获得的评价分数：
，
式中，r(v,k)为评价分数，为序号为的操作层中第个操作节点的充分特征总数；为被加工工件几何与语义特征匹配的数量。
进一步地，通过如下公式计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值：
，
式中，表示待加工曲面与集合中的第j个实例的相似度，表示已有实例对序号为的操作层中的第个操作节点的推荐值，表示待加工曲面的初步加工规划，表示待加工曲面最终的数控加工规划。
进一步地，通过如下公式计算待加工曲面与集合中的实例相似度：
，
式中，表示与余弦相似度。
根据本发明的第二方面，提供一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成装置，所述装置包括：
拓扑结构构建模块，被配置为构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构，所述数控加工工艺规划流程的拓扑结构包括至少三个连续的操作层，每个操作层中包括至少一个操作节点，所述操作节点对应于计算机辅助制造软件中操作流程的选项，所述至少三个连续的操作层包括一个起始层、至少一个中间层以及一个最终层，所述起始层和所述最终层中均包括一个操作节点，分别表示为起始节点和最终节点，其中序号为l的操作层中的第k个操作节点表示为，其中=0,1,2…,+1，表示操作层的序号，表示中间层的总数；
加权图确定模块，被配置为以序号为的操作层中的第个操作节点作为当前操作节点，将下一操作层中的操作节点表示为，，其中i是第l+1个操作层中操作节点的编号，是当前操作节点与第+1个操作层相连接的操作节点的数量，将当前操作节点和下一操作层中的操作节点进行连线，得到连接边，对每条连接边赋予一个权重，以得到加权图，所述权重表示第l个操作层的操作节点与第+1个操作层中第个操作节点的选择优先级；
最优路径确定模块，被配置为基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案。
进一步地，所述最优路径确定模块被进一步配置为：
获取每个操作选项的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加；
获取成功的复杂曲面数控加工规划实例，构建实例库，并根据被加工工件的几何特征或工程语义特征与充分特征的匹配数量来计算每个操作选项所获得的评价分数，用来描述实例对每个操作选项选择的偏好程度；
根据被加工工件确定待加工曲面，并提取所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征，将所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征与选择依据中的必要特征进行匹配，确定每个操作层中的操作节点，形成待加工曲面的初步加工规划c 0；
遍历所述实例库中所有的选择序号为k的操作节点的实例，得到集合，表示在计算机辅助制造软件中的序号为的操作层中选择第个操作节点的第j个实例，表示集合中实例的总数；
遍历所述集合，计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值，得到个实例相对于待加工曲面的推荐值，选出最大的推荐值，以所述最大的推荐值所对应的操作节点作为所述待加工曲面的最优选项。
根据本发明的第三方面，提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的方法。
本发明至少具有以下有益效果：
1）本发明根据复杂曲面数控加工在CAM软件中每一操作步骤可能用到的操作选项来进行数控加工工艺规划流程的拓扑结构的构建，并对两个操作节点之间的连接边赋予一个权重来衡量对应连接边的操作可行性，以得到对应的加权图，根据加权图确定以起点和终点为端点的路径集合，并计算各个路径中的总权重，以总权重最大的路径作为最优路径，从而得到最优加工操作路径方案。整个操作流程与当下常用的CAM软件相结合，保证规划出来的最优路径的实践可操作性。
2）本发明进一步引入已有实例与待加工对象的相似性评价，根据实例对各级选项的理论评价值，来确定加权图中的各连接边的权重，从而使得路径规划更加合理和准确。
3）本发明进一步提出基于协同过滤方法来实现复杂曲面数控加工工艺规划自动生成，以此提高最优工艺规划路径的生成效率。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法的流程图。
图2示出了根据本发明实施例的数控加工工艺规划数学建模示意图。
图3示出了根据本发明实施例的复杂曲面数控加工规划的表达矩阵示意图。
图4示出了人工实现数控加工规划的加工效果图。
图5示出了根据本发明实施例提供的复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法所获得的加工效果。
图6示出了根据本发明实施例的一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成装置的结构图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本发明的实施例作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。本文中所描述的各个步骤，如果彼此之间没有前后关系的必要性，则本文中作为示例对其进行描述的次序不应视为限制，本领域技术人员应知道可以对其进行顺序调整，只要不破坏其彼此之间的逻辑性导致整个流程无法实现即可。
本发明实施例提供一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法。如图1所示，为该方法的流程图。该方法始于步骤S1，构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构。
具体说来，工程技术人员在运用CAM软件对产品进行数控加工规划时，实际上是依照软件订制好的流程逐步按顺序对软件给出的选项做出选择和确定加工参数。 一个数控加工规划实际上是包含一系列数控加工的操作过程. 将CAM软件操作的步骤与顺序抽象成图（如图2所示）， 图中的节点代表软件操作流程的选项, 图中是实现数控加工工艺规划中每个操作选项的唯一标识，在本实施例中称为操作节点。 其中表示表示操作层的序号，操作层包括一个起始层、至少一个中间层以及一个最终层，所述起始层和所述最终层中均包括一个操作节点，分别表示为起始节点和最终节点，=0,1,2…,+1，数值相同表示的是同层操作, 最大的操作层数为，第一层是起始节点，最后一层是最终节点；是中间层的个数，表示同一个操作层法操作中可选项，代表一个操作层中包含的操作节点的序号，, 其中表示序号为l的操作层中的操作节点的总数。
在构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构后，执行步骤S2，构建加权图。
具体来说，假设当前操作节点为，下一步的可选择节点为, 其中为中的某些连续或不连续的值，为了描述方便，将这组节点重新编号，，其中是节点与第层相连接的可选节点的数量, 则在两个节点之间存在连接边, 简写为，对每条连接边赋予一个权重 表示第层与第+1层连接边的选择可行性, 该权重的权值越大，表明可选择性越大，从而得到加权图。
最后，执行步骤S3，基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案。
在一示例性的实施例中，基于所述加权图，通过如下方法来确定最优加工操作路径方案：
一个复杂曲面的数控加工工艺规划实际上就是在加权图上从起始节点到最终节点的中间所经过的操作节点的选择问题, 一个工艺规划实例实际上就是一条从到的路径.设是中以起始节点到最终节点为端点的路径集合,用表示路径所经过的连接边的权值之和，即：
，
目标是求中的一条路径, 使得:
，
式中，W()表示最优加工操作路径方案经过连接边的权值之和，max表示最大值函数。
所确定的路径称为从起始节点v s 到最终节点v T 的最优加工操作路径方案，也即为工件最优数控加工工艺规划。
在一示例性的实施例中，提供确定权重的方法，具体来说，获取每个操作选项的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作选项的可行性增加，因此，本实施例基于下一操作层中的操作节点中的充分特征数量来对连接边赋予一个权重w l (e i )。
其中必要特征为操作节点选择的依据。例如，在某一操作层中，根据被加工工件的集合特征或工程语义特征进行匹配，选择出包含必要特征的选择依据所对应的操作选项作为该操作层中的操作节点，在一个操作层中所有已确定的操作节点中，统计出和被加工工件相匹配的充分特征的个数，根据每个操作节点的充分特征的个数来确定上一操作层与该操作节点的连接边的权重。举例来说，假设所有选择依据中最多包含A个充分特征，一个操作节点具有的充分特征记为a个，其中0≤a≤A，则对应操作节点的连接边的权重可以分配为(a+1)/(A+1)。
在一示例性的实施例中，为了提高路径规划效率，提出一种协同过滤方法来进行操作节点的选择，该协同过滤方法依赖于已有实例与待加工对象的相似评价。
具体来说，对于已有的数控加工规划实例，由于各操作层的操作选项（即操作节点）已经确定，可以将CAM软件的各操作层级和选项按固定顺序展开，作为矩阵的行，而将每个实例作为列，将实例选择某个选项所对应行的位置用非零值表示，没选中的选项用“0”表示，每个加工规划实例可表达成一个多维向量，多个实例就可以形成一个矩阵，矩阵的每列代表一个加工实例，每行代表一级操作选项。通常CAM软件的各级选项的重要性是不同的，将CAM软件中各层级依据对加工方法、加工精度、加工效率的影响程度，分为重要、较重要、一般等3个级别，并分别赋予3、2、1为权值，已有的数控加工实例可以表达成如图3所示的矩阵，图3中，C1至C20分别表示一个数控加工实例。
由于新的待加工曲面数控加工规划还没有实现，无法运用上面的方法表达成一个多维向量。为了实现待加工曲面与已有曲面加工实例之间的相似性评价，本实施例首先仅仅基于零件的本身的几何和语义特征，对零件进行初步数控加工规划，该过程如下：
步骤1，针对图2中所示CAM软件操作节点，获取其选择所需满足的几何特征或工程语义条件。这些条件有些是选项要求被加工件必须满足的，称为必要特征。有些条件并不需要必须满足，但满足这些条件使得选择该选项的可行性增加，这些特征称为充分特征。当被加工件满足多个选项的必要特征，并且也满足多个选项的充分特征时，此时就存在一个选择的决策问题，如图3所示的第二列，即“选择依据”；
步骤2，基于步骤1中的条件，系统自动提取被加工工件的特征，特征提取方法为成熟技术，此处不再赘述；
步骤3，假设被加工工件满足必要特征的前提下，选择被加工工件满足的充分条件最多的选项为最佳选项，具体可使用后续介绍的评价计算公式来进行计算，选取最大的结果；
用以上方法初步产生待加工曲面的数控加工规划，并表达成如图3中列向量的形式。待加工曲面与已有曲面数控加工规划相似性。
本实施例利用评价计算公式中的评价分数描述实例对操作节点的理论评价：
式中为第层中第个操作节点的充分特征总数；为被加工工件几何与语义特征匹配的数量。值越大，表明实例选择该选项的依据越充分，将该评价值与实例共同存储。
在如上介绍的已有实例与待加工对象的相似评价的基础上，下面介绍利用协同过滤方法来进行操作节点的选择的具体流程：
Step0，预备：该步骤为前期数据准备。具体通过如下步骤实现：
Step01，从数控加工理论的角度，研究复杂曲面数控加工规划CAM软件的每个操作步骤的选择依据，并将依据分为必要特征和充分特征。
Step02，收集成功的复杂曲面数控加工规划实例，构建实例库，并按照图3所示的方式以矩阵方式存储，并根据基于如上相似性评价中的步骤1，运用评价计算公式，计算每个操作层中的操作节点所获得的分数，用来描述该实例对中每个具体的操作选项选择的偏好程度。
Step1：向系统导入待加工曲面，基于如上所阐述的Step01，提取待加工曲面的特征，并依据所提取的特征初步选择每一步加工操作选项，形成待加工曲面的初步加工规划，待加工曲面最终的数控加工规划用表示。
Step2：运用协同过滤算法重新规划待加工曲面的数控加工规划。按CAM软件的操作顺序，依次对每个操作层中的各选项进行如下处理。
以第层中第个选项的确定为例，通过如下步骤实现：
Step21：遍历实例库中所有的选择了选项的实例，形成集合，其中表示操作层的序号，表示在CAM软件的第个操作层中选择了第个选项的第j个实例，集合中这种实例有个；
Step22：遍历集合，运用如下公式计算第操作层中的第个操作选项对待加工曲面的适合程度（推荐值）：
，
式中，表示待加工曲面与集合中的第j个实例的相似度，表示已有实例对操作层中的第个操作节点的推荐值，表示待加工曲面的初步加工规划，表示待加工曲面最终的数控加工规划，表示与余弦相似度。
Step23：重复Step21和Step22两个步骤，直到将第个操作层中个选项相对于待加工曲面的推荐值，选出最大的值，该值所对应的第个操作层中第个操作选项就是待加工曲面的最优选项。
Step3：继续进行第个操作层的最优推荐操作选项的计算，计算方法同Step2中的方法，直到数控加工规划结束。
基于如上方法即可确定各个操作层中的最优操作节点，由这些最优操作节点即可组成最优规划路径。
以Unigraphics NX软件系统的CAM模块(简称NX CAM)为平台，任取实例库中一个数控加工实例（工件材料为铝合金料, 表面粗糙度要求为Ra3.2），进行测试实验，测试结果如图4和图5所示。
通过NX CAM系统中仿真对比两种规划方法获得的刀具轨迹，人工方法采用了保守的直径为10mm的球头铣刀，步距设为0.2mm。本实施例生成的工艺规划采用直径为16mm的球头铣刀，步距为0.25mm。从图4和图5可以看出在满足加工要求的前提下，本实施例生成的精加工工艺规划所使用的加工时间6486秒，用原有的人工规划结果加工时间为8144秒，体现了本发明所提方法的有效性。
本发明实施例还提供一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成装置，如图6所示，该装置包括：
拓扑结构构建模块601，被配置为构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构，所述数控加工工艺规划流程的拓扑结构包括至少三个连续的操作层，每个操作层中包括至少一个操作节点，所述操作节点对应于计算机辅助制造软件中操作流程的选项，所述至少三个连续的操作层包括一个起始层、至少一个中间层以及一个最终层，所述起始层和所述最终层中均包括一个操作节点，分别表示为起始节点v s 和最终节点v T ，其中序号为l的操作层中的第k个操作节点表示为，其中=0,1,2…,m+1，表示操作层的序号，m表示中间层的总数；
加权图确定模块602，被配置为以序号为l的操作层中的第k个操作节点作为当前操作节点，将下一操作层中的操作节点表示为，，其中i是第l+1个操作层中操作节点的编号，是当前操作节点v(l,k)与第l+1个操作层相连接的操作节点的数量，将当前操作节点v(l,k)和下一操作层中的操作节点进行连线，得到连接边e i ，对每条连接边e i 赋予一个权重w l (e i )，以得到加权图，所述权重w l (e i )表示第l个操作层的操作节点与第+1个操作层中第i个操作节点的选择优先级；
最优路径确定模块603，被配置为基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案。
在一些实施例中，所述最优路径确定模块被进一步配置为：
获取每个操作选项的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加；
获取成功的复杂曲面数控加工规划实例，构建实例库，并根据被加工工件的几何特征或工程语义特征与充分特征的匹配数量来计算每个操作选项所获得的评价分数，用来描述实例对每个操作选项选择的偏好程度；
根据被加工工件确定待加工曲面，并提取所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征，将所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征与选择依据中的必要特征进行匹配，确定每个操作层中的操作节点，形成待加工曲面的初步加工规划c 0；
遍历所述实例库中所有的选择序号为k的操作节点的实例，得到集合，表示在计算机辅助制造软件中的序号为的操作层中选择第个操作节点的第j个实例，表示集合中实例的总数；
遍历所述集合，计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值，得到个实例相对于待加工曲面的推荐值，选出最大的推荐值，以所述最大的推荐值所对应的操作节点作为所述待加工曲面的最优选项。
在一些实施例中，所述最优路径确定模块被进一步配置为通过如下公式计算每个操作选项所获得的评价分数：
式中为评价分数，为序号为的操作层中第个操作节点的充分特征总数；为被加工工件几何与语义特征匹配的数量。
在一些实施例中，所述最优路径确定模块被进一步配置为通过如下公式计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值：
，
式中，表示待加工曲面与集合中的第j个实例的相似度，表示已有实例对操作层中的第个操作节点的推荐值，表示待加工曲面的初步加工规划，表示待加工曲面最终的数控加工规划。
在一些实施例中，所述最优路径确定模块被进一步配置为通过如下公式计算待加工曲面与集合中的实例相似度：
，
式中，表示与余弦相似度。
在一些实施例中，所述最优路径确定模块被进一步配置为：
基于所述加权图构建路径集合，所述路径集合包括至少一条以起始节点v s 和最终节点v T 为端点的路径；
通过如下公式计算各条路径所经过连接边的权值之和：
（此处将下标中原来的k改成了i）式中，表示所述路径集合中的一条路径，W()表示所述路径集合中的一条路径经过连接边的权值之和；
从所述路径集合中选择一条路径作为最优加工操作路径方案，所述最优加工操作路径方案满足如下条件:
，
式中，表示最优加工操作路径方案，W()表示最优加工操作路径方案经过连接边的权值之和，max表示最大值函数。
在一些实施例中，所述加权图确定模块被进一步配置为获取每个操作节点的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加，基于下一操作层中的操作节点中的充分特征数量来对连接边赋予一个权重w l (e i )。
需要注意，本实施例所描述的各个装置结构与在先描述的方法属于同一技术构思，通过相同的原理达到同样的技术效果，此处不赘述。
本发明实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一实施例所述的方法。
此外，尽管已经在本文中描述了示例性实施例，其范围包括任何和所有基于本发明的具有等同元件、修改、省略、组合（例如，各种实施例交叉的方案）、改编或改变的实施例。权利要求书中的元件将被基于权利要求中采用的语言宽泛地解释，并不限于在本说明书中或本申请的实施期间所描述的示例，其示例将被解释为非排他性的。因此，本说明书和示例旨在仅被认为是示例，真正的范围和精神由以下权利要求以及其等同物的全部范围所指示。
以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述示例（或其一个或更多方案）可以彼此组合使用。例如本领域普通技术人员在阅读上述描述时可以使用其它实施例。另外，在上述具体实施方式中，各种特征可以被分组在一起以简单化本发明。这不应解释为一种不要求保护的发明的特征对于任一权利要求是必要的意图。相反，本发明的主题可以少于特定的发明的实施例的全部特征。从而，以下权利要求书作为示例或实施例在此并入具体实施方式中，其中每个权利要求独立地作为单独的实施例，并且考虑这些实施例可以以各种组合或排列彼此组合。本发明的范围应参照所附权利要求以及这些权利要求赋权的等同形式的全部范围来确定。
Claims (7)
1.一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法，其特征在于，所述方法包括：
构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构，所述数控加工工艺规划流程的拓扑结构包括至少三个连续的操作层，每个操作层中包括至少一个操作节点，所述操作节点对应于计算机辅助制造软件中操作流程的选项，所述至少三个连续的操作层包括一个起始层、至少一个中间层以及一个最终层，所述起始层和所述最终层中均包括一个操作节点，分别表示为起始节点和最终节点，其中序号为l的操作层中的第k个操作节点表示为，其中=0,1,2…,+1，表示操作层的序号，表示中间层的总数；
以序号为l的操作层中的第k个操作节点作为当前操作节点，将下一操作层中的操作节点表示为，，其中是第+1个操作层中操作节点的编号，是当前操作节点与第+1个操作层相连接的操作节点的数量，将当前操作节点和下一操作层中的操作节点进行连线，得到连接边，对每条连接边赋予一个权重，以得到加权图，所述权重表示第个操作层的操作节点与第+1个操作层中第i个操作节点的选择优先级；
基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案；
所述基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案，包括：
基于所述加权图构建路径集合，所述路径集合包括至少一条以起始节点和最终节点为端点的路径；
通过如下公式计算各条路径所经过连接边的权值之和：
，
式中，表示所述路径集合中的一条路径，W()表示所述路径集合中的一条路径经过连接边的权值之和；
从所述路径集合中选择一条路径作为最优加工操作路径方案，所述最优加工操作路径方案满足如下条件：
，
式中， 表示最优加工操作路径方案，W()表示最优加工操作路径方案经过连接边的权值之和，max表示最大值函数；
获取每个操作选项的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加；
获取成功的复杂曲面数控加工规划实例，构建实例库，并根据被加工工件的几何特征或工程语义特征与充分特征的匹配数量来计算每个操作选项所获得的评价分数，用来描述实例对每个操作选项选择的偏好程度；
根据被加工工件确定待加工曲面，并提取所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征，将所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征与选择依据中的必要特征进行匹配，确定每个操作层中的操作节点，形成待加工曲面的初步加工规划；
遍历所述实例库中所有的选择序号为k的操作节点的实例，得到集合，表示在计算机辅助制造软件中的序号为的操作层中选择第个操作节点的第j个实例，表示集合中实例的总数；
遍历所述集合，计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值，得到个实例相对于待加工曲面的推荐值，选出最大的推荐值，以所述最大的推荐值所对应的操作节点作为所述待加工曲面的最优选项。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取每个操作节点的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加，基于下一操作层中的操作节点中的充分特征数量来对连接边赋予一个权重。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算每个操作选项所获得的评价分数：
，
式中，为评价分数，为序号为的操作层中第个操作节点的充分特征总数；为被加工工件几何与语义特征匹配的数量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值：
，
式中，表示待加工曲面与集合中的第j个实例的相似度，表示已有实例对序号为的操作层中的第个操作节点的推荐值，表示待加工曲面的初步加工规划，表示待加工曲面最终的数控加工规划。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过如下公式计算待加工曲面与集合中的实例相似度：
，
式中，表示与余弦相似度。
6.一种复杂曲面数控加工工艺规划自动生成装置，其特征在于，所述装置包括：
拓扑结构构建模块，被配置为构建数控加工工艺规划流程的拓扑结构，所述数控加工工艺规划流程的拓扑结构包括至少三个连续的操作层，每个操作层中包括至少一个操作节点，所述操作节点对应于计算机辅助制造软件中操作流程的选项，所述至少三个连续的操作层包括一个起始层、至少一个中间层以及一个最终层，所述起始层和所述最终层中均包括一个操作节点，分别表示为起始节点和最终节点，其中序号为的操作层中的第个操作节点表示为，其中=0,1,2…,+1，表示操作层的序号，表示中间层的总数；
加权图确定模块，被配置为以序号为l的操作层中的第k个操作节点作为当前操作节点，将下一操作层中的操作节点表示为，，其中是第l+1个操作层中操作节点的编号，是当前操作节点与第+1个操作层相连接的操作节点的数量，将当前操作节点和下一操作层中的操作节点进行连线，得到连接边，对每条连接边赋予一个权重，以得到加权图，所述权重表示第个操作层的操作节点与第+1个操作层中第个操作节点的选择优先级；
最优路径确定模块，被配置为基于所述拓扑结构和加权图确定最优加工操作路径方案；
所述最优路径确定模块被进一步配置为：
基于所述加权图构建路径集合，所述路径集合包括至少一条以起始节点和最终节点为端点的路径；
通过如下公式计算各条路径所经过连接边的权值之和：
，
式中，表示所述路径集合中的一条路径，W()表示所述路径集合中的一条路径经过连接边的权值之和；
从所述路径集合中选择一条路径作为最优加工操作路径方案，所述最优加工操作路径方案满足如下条件：
，
式中， 表示最优加工操作路径方案，W()表示最优加工操作路径方案经过连接边的权值之和，max表示最大值函数；
获取每个操作选项的选择依据，并将所述选择依据划分为必要特征和充分特征，其中所述必要特征为所述选择依据中完成加工所必要的几何特征或工程语义条件，所述充分特征为所述选择依据中完成加工非必要的条件，但充分特征所对应的条件使得所述操作节点的可行性增加；
获取成功的复杂曲面数控加工规划实例，构建实例库，并根据被加工工件的几何特征或工程语义特征与充分特征的匹配数量来计算每个操作选项所获得的评价分数，用来描述实例对每个操作选项选择的偏好程度；
根据被加工工件确定待加工曲面，并提取所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征，将所述待加工曲面的几何特征或工程语义特征与选择依据中的必要特征进行匹配，确定每个操作层中的操作节点，形成待加工曲面的初步加工规划c 0；
遍历所述实例库中所有的选择序号为k的操作节点的实例，得到集合，表示在计算机辅助制造软件中的序号为的操作层中选择第个操作节点的第j个实例，表示集合中实例的总数；
遍历所述集合，计算序号为的操作层中的第个操作节点对待加工曲面的推荐值，得到个实例相对于待加工曲面的推荐值，选出最大的推荐值，以所述最大的推荐值所对应的操作节点作为所述待加工曲面的最优选项。
7.一种存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411073676.3A CN118584903B (zh) | 2024-08-07 | 2024-08-07 | 复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法、装置及介质 |
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| CN118584903A CN118584903A (zh) | 2024-09-03 |
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| CN202411073676.3A Active CN118584903B (zh) | 2024-08-07 | 2024-08-07 | 复杂曲面数控加工工艺规划自动生成方法、装置及介质 |
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| CN113059162A (zh) * | 2021-04-08 | 2021-07-02 | 重庆大学 | 复杂曲面零件缺陷修复方法 |
| CN113504764A (zh) * | 2021-06-30 | 2021-10-15 | 浙江大学 | 基于位置矢量加权积分的连续线段数控加工路径平滑方法 |
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