文档目录结构简洁化
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# AI 智能引擎设计文档
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> 文档定位：**AI 能力方向的设计性/专题性文档**。
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> 本文描述的是 AI 引擎的设计设想与能力规划，不作为当前实现状态的权威说明。当前状态见 [../../STATUS.md](../../STATUS.md)，当前架构边界见 [../../ARCHITECTURE.md](../../ARCHITECTURE.md)，后续路线见 [../../ROADMAP.md](../../ROADMAP.md)。
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## 一、AI 引擎架构
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### 1.1 整体架构
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┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ AI 智能引擎 │
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├─────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
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│ │ 参数推荐器 │ │ 缺陷预测器 │ │ 成本估算器 │ │
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│ │ • 工艺参数 │ │ • 熔接痕 │ │ • 模具成本 │ │
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│ │ • 材料选择 │ │ • 缩痕 │ │ • 加工时间 │ │
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│ │ • 模具设计 │ │ • 翘曲 │ │ • 材料成本 │ │
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│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ AI 模型层 │
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│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
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│ │ 大语言模型 │ │ 机器学习 │ │ 专家系统 │ │
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│ │ • GPT-4 │ │ • 回归模型 │ │ • 规则引擎 │ │
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│ │ • 本地LLM │ │ • 分类模型 │ │ • 知识库 │ │
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│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 数据层 │
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│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
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│ │ 几何数据 │ │ 工艺数据库 │ │ 历史案例库 │ │
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│ │ • STP特征 │ │ • 材料参数 │ │ • 成功案例 │ │
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│ │ • 网格数据 │ │ • 机器参数 │ │ • 失败案例 │ │
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│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
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└─────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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## 二、功能模块设计
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### 2.1 参数推荐器 (ParameterRecommender)
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#### 输入数据
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- 产品几何特征（体积、表面积、壁厚等）
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- 材料类型（ABS、PP、PC等）
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- 生产要求（产量、质量等级）
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#### 输出参数
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```python
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{
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"injection_pressure": 80.0, # 注塑压力 (MPa)
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"injection_speed": 50.0, # 注塑速度 (mm/s)
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"mold_temperature": 60.0, # 模具温度 (°C)
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"melt_temperature": 230.0, # 熔体温度 (°C)
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||||
"cooling_time": 25.0, # 冷却时间 (s)
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"packing_pressure": 40.0, # 保压压力 (MPa)
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"packing_time": 10.0 # 保压时间 (s)
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}
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```
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#### 推荐算法
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1. **基于规则的初始推荐** - 使用材料数据库和几何规则
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2. **机器学习优化** - 基于历史数据的回归模型
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3. **LLM智能调整** - 使用大语言模型进行参数微调
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### 2.2 缺陷预测器 (DefectPredictor)
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#### 预测缺陷类型
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- **熔接痕 (Weld Lines)** - 流道交汇处
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- **缩痕 (Sink Marks)** - 厚壁区域
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- **翘曲 (Warpage)** - 冷却不均匀
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- **气穴 (Air Traps)** - 排气不良
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#### 预测模型
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```python
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||||
class DefectPredictionModel:
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def predict_weld_lines(self, geometry, process_params):
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"""预测熔接痕位置和严重程度"""
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def predict_sink_marks(self, wall_thickness, cooling_params):
|
||||
"""预测缩痕风险"""
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||||
def predict_warpage(self, geometry, material, process_params):
|
||||
"""预测翘曲变形"""
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```
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#### 特征工程
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- 几何特征：壁厚分布、流长比、投影面积
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- 工艺特征：注射速度、压力曲线、温度分布
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- 材料特征：收缩率、粘度、热传导系数
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### 2.3 成本估算器 (CostEstimator)
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#### 成本构成分析
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```python
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{
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"mold_cost": {
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||||
"material_cost": 15000, # 材料成本
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||||
"machining_cost": 30000, # 加工成本
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||||
"design_cost": 8000, # 设计成本
|
||||
"standard_parts": 5000 # 标准件成本
|
||||
},
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||||
"production_cost": {
|
||||
"cycle_time": 45.0, # 周期时间 (s)
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||||
"machine_rate": 120.0, # 机台费率 (元/小时)
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||||
"material_cost_per_part": 0.8 # 单件材料成本
|
||||
},
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||||
"total_cost": 58000 # 总成本
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}
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```
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## 三、AI 模型选型
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### 3.1 大语言模型 (LLM)
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#### 云端方案
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- **OpenAI GPT-4** - 高精度，需要网络连接
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- **Azure OpenAI** - 企业级，数据安全
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||||
- **百度文心一言** - 中文优化，本地化服务
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#### 本地方案
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- **Llama 2/3** - 开源，可本地部署
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||||
- **ChatGLM** - 中文优化，轻量级
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- **Qwen系列** - 阿里开源，性能优秀
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### 3.2 机器学习模型
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#### 回归模型（参数预测）
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- **XGBoost** - 高性能，可解释性较好
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||||
- **LightGBM** - 快速训练，内存效率高
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||||
- **随机森林** - 稳定，抗过拟合
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||||
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||||
#### 分类模型（缺陷预测）
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||||
- **支持向量机 (SVM)** - 小样本效果好
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||||
- **神经网络 (NN)** - 复杂模式识别
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||||
- **集成学习** - 结合多个模型优势
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### 3.3 专家系统
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#### 规则库设计
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```python
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# rules/injection_molding_rules.py
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||||
MATERIAL_RULES = {
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||||
"ABS": {
|
||||
"melt_temp_range": [200, 240],
|
||||
"mold_temp_range": [40, 80],
|
||||
"shrinkage": 0.005
|
||||
},
|
||||
"PP": {
|
||||
"melt_temp_range": [200, 280],
|
||||
"mold_temp_range": [20, 80],
|
||||
"shrinkage": 0.016
|
||||
}
|
||||
}
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||||
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||||
GEOMETRY_RULES = {
|
||||
"thin_wall": {"max_thickness": 2.0, "min_thickness": 0.5},
|
||||
"thick_wall": {"max_thickness": 10.0, "min_thickness": 2.0},
|
||||
"flow_length_ratio": 150 # 流长比限制
|
||||
}
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```
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||||
## 四、数据管道设计
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### 4.1 数据采集
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#### 几何特征提取
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```python
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||||
class GeometryFeatureExtractor:
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||||
def extract_basic_features(self, stp_file):
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||||
"""提取基础几何特征"""
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||||
features = {
|
||||
"volume": self.calculate_volume(),
|
||||
"surface_area": self.calculate_surface_area(),
|
||||
"bounding_box": self.get_bounding_box(),
|
||||
"center_of_mass": self.get_center_of_mass()
|
||||
}
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||||
return features
|
||||
|
||||
def extract_advanced_features(self, mesh):
|
||||
"""提取高级几何特征"""
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||||
features = {
|
||||
"wall_thickness_distribution": self.analyze_wall_thickness(),
|
||||
"curvature_analysis": self.analyze_curvature(),
|
||||
"undercut_detection": self.detect_undercuts()
|
||||
}
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||||
return features
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```
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#### 工艺数据收集
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- 注塑机参数记录
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- 质量检测数据
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- 生产环境数据
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### 4.2 数据预处理
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#### 特征工程
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||||
```python
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# features/feature_engineering.py
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||||
class MoldFeatureEngineer:
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||||
def create_engineering_features(self, raw_features):
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||||
"""创建工程特征"""
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||||
engineered = {
|
||||
"flow_length_ratio": raw_features["flow_length"] / raw_features["wall_thickness"],
|
||||
"projected_area_volume_ratio": raw_features["projected_area"] / raw_features["volume"],
|
||||
"complexity_index": self.calculate_complexity()
|
||||
}
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||||
return engineered
|
||||
```
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||||
#### 数据标准化
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- 数值特征标准化
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- 类别特征编码
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||||
- 缺失值处理
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## 五、API 接口设计
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### 5.1 REST API 端点
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```python
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# src/api/ai_routes.py
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||||
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||||
@ai_bp.route('/api/ai/analyze', methods=['POST'])
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||||
def analyze_mold_design():
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||||
"""AI分析模具设计"""
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||||
data = request.get_json()
|
||||
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||||
# 调用AI引擎
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||||
result = ai_engine.analyze_design(
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||||
geometry=data['geometry'],
|
||||
material=data['material'],
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||||
requirements=data['requirements']
|
||||
)
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||||
|
||||
return jsonify(result)
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||||
|
||||
@ai_bp.route('/api/ai/predict-defects', methods=['POST'])
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||||
def predict_defects():
|
||||
"""预测缺陷风险"""
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||||
data = request.get_json()
|
||||
|
||||
prediction = defect_predictor.predict(
|
||||
design=data['design'],
|
||||
process_params=data['process_params']
|
||||
)
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||||
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||||
return jsonify(prediction)
|
||||
```
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### 5.2 实时推理服务
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#### 模型服务化
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```python
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# src/services/ai_service.py
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||||
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||||
class AIService:
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||||
def __init__(self):
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||||
self.parameter_model = load_parameter_model()
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||||
self.defect_model = load_defect_model()
|
||||
self.llm_client = setup_llm_client()
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||||
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||||
async def get_recommendations(self, input_data):
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||||
"""获取AI推荐"""
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||||
# 并行调用多个模型
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||||
tasks = [
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||||
self.parameter_model.predict(input_data),
|
||||
self.defect_model.predict(input_data),
|
||||
self.llm_client.analyze(input_data)
|
||||
]
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||||
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||||
results = await asyncio.gather(*tasks)
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||||
return self.aggregate_results(results)
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```
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## 六、实施计划
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### 6.1 第一阶段：基础AI功能（2-3周）
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1. 集成LLM API实现参数推荐
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2. 开发基于规则的专家系统
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3. 创建基础的数据采集管道
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### 6.2 第二阶段：机器学习模型（3-4周）
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1. 收集训练数据
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||||
2. 训练参数预测模型
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||||
3. 开发缺陷预测算法
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||||
### 6.3 第三阶段：优化完善（2-3周）
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1. 模型性能优化
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||||
2. 用户反馈集成
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||||
3. 持续学习机制
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||||
## 七、性能指标
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### 7.1 模型评估指标
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- **参数推荐准确率** > 85%
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- **缺陷预测召回率** > 90%
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- **推理响应时间** < 3秒
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||||
- **系统可用性** > 99.5%
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||||
### 7.2 业务价值指标
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- **模具设计时间减少** 30%
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||||
- **试模次数减少** 50%
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||||
- **产品质量提升** 20%
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||||
- **生产成本降低** 15%
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||||
## 八、风险控制
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### 8.1 技术风险
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- **模型准确性** - 多模型集成，人工审核
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- **数据质量** - 数据清洗和验证流程
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- **系统稳定性** - 熔断机制和降级策略
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||||
### 8.2 业务风险
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- **用户接受度** - 渐进式推广，培训支持
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- **知识产权** - 数据脱敏，合规使用
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- **成本控制** - 按需使用，优化资源配置
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*文档版本：v1.0*
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*创建日期：2026-02-17*
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@@ -0,0 +1,157 @@
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||||
# AI + FreeCAD 集成方案
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> 文档定位：**AI / FreeCAD 集成方向的专题设计文档**。
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> 本文描述的是集成设想、能力规划与差距分析，不作为当前实现状态的权威说明。当前状态见 [../../STATUS.md](../../STATUS.md)，当前架构边界见 [../../ARCHITECTURE.md](../../ARCHITECTURE.md)，后续路线见 [../../ROADMAP.md](../../ROADMAP.md)。
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||||
## 一、项目概述
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本文档描述 geMoldInsight 项目集成 AI 智能引擎和 FreeCAD 的完整方案，实现真实的模具型腔生成和 G 代码输出功能。
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## 二、现状分析
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### 2.1 当前能力
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- PythonOCC 几何内核（解析STP、基础几何分析）
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- 简化版模具型腔生成（模拟数据）
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- 数据持久化架构（PostgreSQL + RustFS）
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- Web API 和可视化界面
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### 2.2 当前不足
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- 模具型腔生成是简化版，未真正切割型腔/型芯
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- 缺少 G 代码生成功能
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||||
- 缺少 AI 智能优化能力
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||||
## 三、集成架构
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```
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
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||||
│ 用户交互层（已有） │
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||||
│ Web UI ←→ REST API ←→ 前端可视化 │
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||||
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
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||||
│ 业务逻辑层（增强） │
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│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ┌──────────────────────┐ │
|
||||
│ │ AI 智能引擎 │ │ FreeCAD模块 │ │ G代码生成器 │ │
|
||||
│ │ • 参数优化 │ │ • 模具设计 │ │ • CAM路径规划 │ │
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||||
│ │ • 缺陷预测 │ │ • 布尔运算 │ │ • 后处理输出 │ │
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||||
│ │ • 工艺推荐 │ │ • 型腔分割 │ │ • 仿真验证 │ │
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||||
│ └──────────────┘ └──────────────┘ └──────────────────────┘ │
|
||||
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
|
||||
│ 数据持久层（已有） │
|
||||
│ PostgreSQL（元数据）+ RustFS（文件存储） │
|
||||
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
|
||||
│ 基础内核层 │
|
||||
│ PythonOCC（现有）+ FreeCAD API + 开源CAM库 │
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||||
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||||
```
|
||||
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||||
## 四、功能模块规划
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||||
### 4.1 FreeCAD 模具设计模块
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||||
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||||
| 功能 | 说明 | 优先级 |
|
||||
|------|------|--------|
|
||||
| **STP文件导入** | 使用 FreeCAD Part 模块读取 STEP 文件 | P0 |
|
||||
| **智能分型线检测** | 分析几何形状，自动计算最佳分型方向 | P0 |
|
||||
| **收缩率补偿** | 按材料收缩率自动放大模型 | P0 |
|
||||
| **拔模角分析** | 检测需要拔模的面，计算拔模角度 | P1 |
|
||||
| **型腔/型芯分割** | 使用布尔运算真正切割出型腔和型芯 | P0 |
|
||||
| **流道系统设计** | 自动生成冷/热流道、浇口 | P1 |
|
||||
| **冷却系统设计** | 自动生成冷却水道布局 | P2 |
|
||||
| **模具标准件库** | 模架、导柱、顶针等标准件 | P2 |
|
||||
|
||||
### 4.2 AI 智能引擎模块
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||||
|
||||
| 功能 | 说明 | 优先级 |
|
||||
|------|------|--------|
|
||||
| **工艺参数推荐** | 基于产品几何推荐注塑参数 | P0 |
|
||||
| **缺陷预测** | 预测熔接痕、缩痕、翘曲风险 | P1 |
|
||||
| **模具材料推荐** | 根据产量、预算推荐模具材料 | P1 |
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||||
| **成本估算** | 估算模具制造成本和周期 | P2 |
|
||||
| **设计优化建议** | 基于AI分析给出设计改进建议 | P2 |
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||||
|
||||
### 4.3 G代码生成模块（CAM）
|
||||
|
||||
| 功能 | 说明 | 优先级 |
|
||||
|------|------|--------|
|
||||
| **粗加工路径** | 型腔粗铣路径规划 | P0 |
|
||||
| **精加工路径** | 型腔精铣路径规划 | P0 |
|
||||
| **电极加工** | 复杂区域电极设计和加工路径 | P1 |
|
||||
| **后处理输出** | 生成 Fanuc/Siemens 等格式 G代码 | P0 |
|
||||
| **加工仿真** | 刀具路径仿真验证 | P2 |
|
||||
|
||||
## 五、数据流设计
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||||
|
||||
```
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||||
用户上传STP文件
|
||||
↓
|
||||
[1] FreeCAD 导入并分析几何
|
||||
↓
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||||
[2] AI 引擎分析并推荐参数
|
||||
↓
|
||||
[3] FreeCAD 生成模具型腔/型芯
|
||||
↓
|
||||
[4] CAM 模块生成加工路径
|
||||
↓
|
||||
[5] 输出 G代码 + 工艺文档
|
||||
↓
|
||||
存储到 RustFS + 元数据写入 PostgreSQL
|
||||
```
|
||||
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||||
## 六、技术选型
|
||||
|
||||
| 模块 | 技术方案 | 理由 |
|
||||
|------|----------|------|
|
||||
| **CAD内核** | FreeCAD + PythonOCC | FreeCAD功能更强，PythonOCC保持兼容 |
|
||||
| **AI引擎** | OpenAI API / 本地LLM | 工艺参数推荐可用GPT-4，预测模型可训练 |
|
||||
| **CAM内核** | FreeCAD Path / PyCAM | FreeCAD自带CAM模块，可二次开发 |
|
||||
| **G代码后处理** | 自定义后处理器 | 支持主流数控系统 |
|
||||
| **几何算法** | CGAL / OpenCascade | 布尔运算、网格处理 |
|
||||
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||||
## 七、实施阶段
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||||
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||||
### 第一阶段：FreeCAD 基础集成（2-3周）
|
||||
1. 安装 FreeCAD 并验证 Python API
|
||||
2. 实现 STP 文件导入功能
|
||||
3. 实现基础型腔/型芯分割
|
||||
4. 替换现有简化版模具生成器
|
||||
|
||||
### 第二阶段：AI 引擎接入（2-3周）
|
||||
1. 接入 LLM API 实现工艺参数推荐
|
||||
2. 开发缺陷预测模型
|
||||
3. 集成 AI 建议到现有流程
|
||||
|
||||
### 第三阶段：CAM/G代码生成（3-4周）
|
||||
1. 开发粗/精加工路径规划
|
||||
2. 实现 G代码后处理器
|
||||
3. 添加加工仿真验证
|
||||
|
||||
### 第四阶段：优化完善（持续）
|
||||
1. 性能优化
|
||||
2. 支持更多材料类型
|
||||
3. 扩展标准件库
|
||||
|
||||
## 八、数据库扩展
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||||
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||||
新增数据表：
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||||
- `mold_designs` - 模具设计方案
|
||||
- `cam_operations` - CAM加工操作
|
||||
- `gcode_files` - G代码文件元数据
|
||||
- `ai_recommendations` - AI推荐记录
|
||||
|
||||
## 九、风险评估
|
||||
|
||||
| 风险 | 影响 | 缓解措施 |
|
||||
|------|------|----------|
|
||||
| FreeCAD API 稳定性 | 高 | 使用稳定版本，做好版本锁定 |
|
||||
| 布尔运算复杂模型失败 | 中 | 添加几何修复和容错处理 |
|
||||
| CAM算法精度问题 | 中 | 充分测试，提供仿真验证 |
|
||||
| AI推荐准确性 | 中 | 结合专家知识，持续训练优化 |
|
||||
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||||
## 十、后续步骤
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||||
|
||||
1. 阅读 `FREECAD_SETUP.md` 进行环境配置
|
||||
2. 查看 `AI_ENGINE_DESIGN.md` 了解AI模块设计
|
||||
3. 参考 `GCODE_GENERATION.md` 实现CAM功能
|
||||
|
||||
---
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||||
*文档版本：v1.0*
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||||
*创建日期：2026-02-17*
|
||||
*最后更新：2026-02-17*
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||||
@@ -0,0 +1,234 @@
|
||||
# FreeCAD 安装配置指南
|
||||
|
||||
## 一、FreeCAD 安装
|
||||
|
||||
### 1.1 Windows 安装
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||||
```bash
|
||||
# 方法1：使用 pip 安装
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||||
pip install freecad
|
||||
|
||||
# 方法2：下载官方安装包
|
||||
# 访问 https://www.freecad.org/downloads.php
|
||||
# 下载 FreeCAD 0.21.2 或更新版本
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 1.2 Linux 安装
|
||||
```bash
|
||||
# Ubuntu/Debian
|
||||
sudo apt-get install freecad freecad-python3
|
||||
|
||||
# CentOS/RHEL
|
||||
sudo yum install freecad
|
||||
|
||||
# 或使用 pip
|
||||
pip install freecad
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 1.3 验证安装
|
||||
```python
|
||||
# 验证 FreeCAD Python API 是否可用
|
||||
import FreeCAD
|
||||
import Part
|
||||
import PartDesign
|
||||
|
||||
print("FreeCAD 版本:", FreeCAD.Version())
|
||||
print("安装成功!")
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 二、项目依赖配置
|
||||
|
||||
### 2.1 更新 requirements.txt
|
||||
```txt
|
||||
# 现有依赖
|
||||
flask>=2.3.0
|
||||
flask-cors>=4.0.0
|
||||
pythonocc-core>=7.6.0
|
||||
numpy>=1.24.0
|
||||
scipy>=1.10.0
|
||||
pandas>=2.0.0
|
||||
matplotlib>=3.7.0
|
||||
plotly>=5.14.0
|
||||
psycopg2-binary>=2.9.0
|
||||
sqlalchemy>=2.0.0
|
||||
trimesh>=3.20.0
|
||||
pyvista>=0.38.0
|
||||
requests>=2.28.0
|
||||
pytest>=7.3.0
|
||||
|
||||
# 新增 FreeCAD 相关依赖
|
||||
freecad>=0.21.0
|
||||
freecad.part>=0.21.0
|
||||
freecad.partdesign>=0.21.0
|
||||
|
||||
# AI 相关依赖
|
||||
openai>=1.0.0
|
||||
langchain>=0.0.300
|
||||
scikit-learn>=1.3.0
|
||||
torch>=2.0.0
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.2 安装依赖
|
||||
```bash
|
||||
pip install -r requirements.txt
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 三、FreeCAD 模块结构
|
||||
|
||||
### 3.1 模块规划
|
||||
```
|
||||
src/core/freecad/
|
||||
├── __init__.py
|
||||
├── mold_generator.py # 模具生成器
|
||||
├── stp_importer.py # STP文件导入
|
||||
├── cavity_splitter.py # 型腔分割
|
||||
├── runner_designer.py # 流道设计
|
||||
├── cooling_designer.py # 冷却系统设计
|
||||
└── standard_parts.py # 标准件库
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2 核心类设计
|
||||
|
||||
#### FreeCADMoldGenerator（模具生成器）
|
||||
- `import_stp_file()` - 导入STP文件
|
||||
- `analyze_draft_angles()` - 拔模角分析
|
||||
- `detect_parting_line()` - 分型线检测
|
||||
- `split_cavity_core()` - 型腔/型芯分割
|
||||
|
||||
#### FreeCADSTPImporter（STP导入器）
|
||||
- `read_step_file()` - 读取STEP文件
|
||||
- `validate_geometry()` - 几何验证
|
||||
- `repair_geometry()` - 几何修复
|
||||
|
||||
#### FreeCADCavitySplitter（型腔分割器）
|
||||
- `create_parting_surface()` - 创建分型面
|
||||
- `boolean_split()` - 布尔运算分割
|
||||
- `create_mold_base()` - 创建模架
|
||||
|
||||
## 四、配置参数
|
||||
|
||||
### 4.1 模具参数配置
|
||||
```python
|
||||
# config/mold_parameters.py
|
||||
|
||||
# 材料收缩率
|
||||
MATERIAL_SHRINKAGE = {
|
||||
"ABS": 0.005,
|
||||
"PP": 0.016,
|
||||
"PC": 0.007,
|
||||
"POM": 0.020,
|
||||
"Nylon": 0.015
|
||||
}
|
||||
|
||||
# 拔模角度配置
|
||||
DRAFT_ANGLES = {
|
||||
"textured": 3.0, # 纹面
|
||||
"polished": 1.5, # 抛光
|
||||
"standard": 2.0 # 标准
|
||||
}
|
||||
|
||||
# 模具钢材参数
|
||||
MOLD_STEELS = {
|
||||
"P20": {"hardness": 30, "price": 1.0},
|
||||
"718": {"hardness": 35, "price": 1.2},
|
||||
"S136": {"hardness": 48, "price": 1.8},
|
||||
"NAK80": {"hardness": 40, "price": 2.0}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.2 FreeCAD 配置
|
||||
```python
|
||||
# config/freecad_config.py
|
||||
|
||||
# FreeCAD 工作目录配置
|
||||
FREECAD_WORKSPACE = "workspace/freecad"
|
||||
FREECAD_TEMPLATES = "templates/freecad"
|
||||
|
||||
# 几何精度设置
|
||||
GEOMETRY_TOLERANCE = 1e-6
|
||||
BOOLEAN_PRECISION = 1e-5
|
||||
|
||||
# 导出设置
|
||||
EXPORT_FORMATS = ["step", "stl", "iges"]
|
||||
EXPORT_PRECISION = 0.001
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 五、测试验证
|
||||
|
||||
### 5.1 功能测试
|
||||
```python
|
||||
# tests/test_freecad_integration.py
|
||||
|
||||
def test_stp_import():
|
||||
"""测试STP文件导入功能"""
|
||||
generator = FreeCADMoldGenerator()
|
||||
result = generator.import_stp_file("test.stp")
|
||||
assert result.success
|
||||
assert result.shape is not None
|
||||
|
||||
def test_cavity_split():
|
||||
"""测试型腔分割功能"""
|
||||
generator = FreeCADMoldGenerator()
|
||||
cavity, core = generator.split_cavity_core(test_shape)
|
||||
assert cavity.Volume > 0
|
||||
assert core.Volume > 0
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.2 性能测试
|
||||
```python
|
||||
# tests/benchmark_freecad.py
|
||||
|
||||
def benchmark_boolean_operations():
|
||||
"""布尔运算性能测试"""
|
||||
# 测试不同复杂度的布尔运算性能
|
||||
pass
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 六、故障排除
|
||||
|
||||
### 6.1 常见问题
|
||||
|
||||
#### FreeCAD 导入失败
|
||||
- **问题**: `ImportError: No module named 'FreeCAD'`
|
||||
- **解决**: 确保 FreeCAD 正确安装，检查 Python 路径
|
||||
|
||||
#### 布尔运算失败
|
||||
- **问题**: 复杂几何体布尔运算报错
|
||||
- **解决**: 使用几何修复工具，简化几何体
|
||||
|
||||
#### 内存不足
|
||||
- **问题**: 大模型处理时内存溢出
|
||||
- **解决**: 分块处理，使用内存优化算法
|
||||
|
||||
### 6.2 调试工具
|
||||
```python
|
||||
# utils/freecad_debug.py
|
||||
|
||||
def debug_geometry(shape):
|
||||
"""几何体调试工具"""
|
||||
print(f"顶点数: {len(shape.Vertexes)}")
|
||||
print(f"边数: {len(shape.Edges)}")
|
||||
print(f"面数: {len(shape.Faces)}")
|
||||
print(f"体积: {shape.Volume}")
|
||||
print(f"表面积: {shape.Area}")
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 七、最佳实践
|
||||
|
||||
### 7.1 内存管理
|
||||
- 及时清理 FreeCAD 文档对象
|
||||
- 使用分块处理大模型
|
||||
- 避免同时打开多个复杂文档
|
||||
|
||||
### 7.2 错误处理
|
||||
- 所有 FreeCAD 操作添加异常捕获
|
||||
- 提供详细的错误信息和恢复建议
|
||||
- 实现自动几何修复机制
|
||||
|
||||
### 7.3 性能优化
|
||||
- 使用缓存机制存储中间结果
|
||||
- 并行处理多个几何操作
|
||||
- 优化布尔运算算法
|
||||
|
||||
---
|
||||
*文档版本：v1.0*
|
||||
*创建日期：2026-02-17*
|
||||
@@ -0,0 +1,399 @@
|
||||
# G代码生成方案设计文档
|
||||
|
||||
## 一、CAM模块架构
|
||||
|
||||
### 1.1 整体架构
|
||||
```
|
||||
┌─────────────────────────────────────────────────────────┐
|
||||
│ G代码生成系统 │
|
||||
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
|
||||
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
|
||||
│ │ 路径规划器 │ │ 刀具选择器 │ │ 后处理器 │ │
|
||||
│ │ • 粗加工 │ │ • 刀具库 │ │ • Fanuc格式 │ │
|
||||
│ │ • 精加工 │ │ • 切削参数 │ │ • Siemens格式 │ │
|
||||
│ │ • 清角加工 │ │ • 寿命管理 │ │ • Haas格式 │ │
|
||||
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
|
||||
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
|
||||
│ 加工策略层 │
|
||||
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
|
||||
│ │ 型腔加工 │ │ 电极加工 │ │ 钻孔加工 │ │
|
||||
│ │ • 等高线 │ │ • 铜电极 │ │ • 冷却孔 │ │
|
||||
│ │ • 平行铣 │ │ • 石墨电极 │ │ • 顶针孔 │ │
|
||||
│ │ • 螺旋铣 │ │ • 精密加工 │ │ • 螺丝孔 │ │
|
||||
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
|
||||
├─────────────────────────────────────────────────────────┤
|
||||
│ 几何处理层 │
|
||||
│ ┌─────────────┐ ┌─────────────┐ ┌─────────────────┐ │
|
||||
│ │ STL处理器 │ │ 网格优化器 │ │ 碰撞检测 │ │
|
||||
│ │ • STL导入 │ │ • 网格修复 │ │ • 刀具干涉 │ │
|
||||
│ │ • 三角化 │ │ • 法线校正 │ │ • 机床限制 │ │
|
||||
│ │ • 精度控制 │ │ • 简化优化 │ │ • 安全区域 │ │
|
||||
│ └─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────────┘ │
|
||||
└─────────────────────────────────────────────────────────┘
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 二、核心功能模块
|
||||
|
||||
### 2.1 路径规划器 (PathPlanner)
|
||||
|
||||
#### 粗加工策略
|
||||
```python
|
||||
class RoughingStrategy:
|
||||
def adaptive_clearing(self, stock, tool):
|
||||
"""自适应清根粗加工"""
|
||||
|
||||
def pocket_milling(self, cavity, tool):
|
||||
"""型腔铣削粗加工"""
|
||||
|
||||
def rest_milling(self, previous_tool, current_tool):
|
||||
"""残留区域加工"""
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 精加工策略
|
||||
```python
|
||||
class FinishingStrategy:
|
||||
def contour_parallel(self, surface, stepover):
|
||||
"""等高线精加工"""
|
||||
|
||||
def spiral_milling(self, cavity, stepover):
|
||||
"""螺旋精加工"""
|
||||
|
||||
def pencil_milling(self, corners, tool):
|
||||
"""清角精加工"""
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.2 刀具选择器 (ToolSelector)
|
||||
|
||||
#### 刀具库配置
|
||||
```python
|
||||
# config/tool_library.py
|
||||
|
||||
TOOL_LIBRARY = {
|
||||
"roughing_endmill_16mm": {
|
||||
"type": "endmill",
|
||||
"diameter": 16.0,
|
||||
"flute_length": 50.0,
|
||||
"shank_diameter": 16.0,
|
||||
"cutting_edges": 4,
|
||||
"material": "carbide",
|
||||
"speeds_feeds": {
|
||||
"cutting_speed": 120, # m/min
|
||||
"feed_per_tooth": 0.15, # mm/tooth
|
||||
"axial_depth": 8.0, # mm
|
||||
"radial_depth": 12.0 # mm
|
||||
}
|
||||
},
|
||||
"finishing_ballnose_6mm": {
|
||||
"type": "ballnose",
|
||||
"diameter": 6.0,
|
||||
"flute_length": 25.0,
|
||||
"cutting_edges": 2,
|
||||
"material": "carbide",
|
||||
"speeds_feeds": {
|
||||
"cutting_speed": 150,
|
||||
"feed_per_tooth": 0.08,
|
||||
"axial_depth": 0.3,
|
||||
"radial_depth": 0.5
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
#### 自动刀具选择算法
|
||||
```python
|
||||
class AutoToolSelector:
|
||||
def select_roughing_tool(self, cavity_volume, material):
|
||||
"""根据型腔体积选择粗加工刀具"""
|
||||
|
||||
def select_finishing_tool(self, surface_quality, corner_radius):
|
||||
"""根据表面质量要求选择精加工刀具"""
|
||||
|
||||
def optimize_tool_sequence(self, operations):
|
||||
"""优化刀具使用顺序"""
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 2.3 后处理器 (PostProcessor)
|
||||
|
||||
#### 支持的数控系统
|
||||
```python
|
||||
# config/post_processors.py
|
||||
|
||||
SUPPORTED_CONTROLLERS = {
|
||||
"fanuc": {
|
||||
"g_code_dialect": "fanuc",
|
||||
"circular_interpolation": "G02/G03",
|
||||
"tool_change": "M06",
|
||||
"coolant": "M08/M09"
|
||||
},
|
||||
"siemens": {
|
||||
"g_code_dialect": "sinumerik",
|
||||
"circular_interpolation": "G02/G03",
|
||||
"tool_change": "T... M06",
|
||||
"coolant": "M08/M09"
|
||||
},
|
||||
"haas": {
|
||||
"g_code_dialect": "haas",
|
||||
"circular_interpolation": "G02/G03",
|
||||
"tool_change": "M06",
|
||||
"coolant": "M08/M09"
|
||||
},
|
||||
"heidenhain": {
|
||||
"g_code_dialect": "heidenhain",
|
||||
"circular_interpolation": "DR+",
|
||||
"tool_change": "TOOL CALL",
|
||||
"coolant": "M08/M09"
|
||||
}
|
||||
}
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 三、加工工艺流程
|
||||
|
||||
### 3.1 标准加工序列
|
||||
|
||||
#### 型腔加工流程
|
||||
```python
|
||||
PROCESS_SEQUENCE = [
|
||||
# 阶段1: 粗加工
|
||||
{
|
||||
"operation": "roughing",
|
||||
"tool": "roughing_endmill_16mm",
|
||||
"strategy": "adaptive_clearing",
|
||||
"stock_allowance": 0.5
|
||||
},
|
||||
|
||||
# 阶段2: 半精加工
|
||||
{
|
||||
"operation": "semi_finishing",
|
||||
"tool": "endmill_10mm",
|
||||
"strategy": "contour_parallel",
|
||||
"stock_allowance": 0.1
|
||||
},
|
||||
|
||||
# 阶段3: 精加工
|
||||
{
|
||||
"operation": "finishing",
|
||||
"tool": "ballnose_6mm",
|
||||
"strategy": "spiral_milling",
|
||||
"stepover": 0.3
|
||||
},
|
||||
|
||||
# 阶段4: 清角加工
|
||||
{
|
||||
"operation": "corner_cleaning",
|
||||
"tool": "ballnose_3mm",
|
||||
"strategy": "pencil_milling"
|
||||
}
|
||||
]
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 3.2 电极加工流程
|
||||
|
||||
#### 铜电极加工
|
||||
```python
|
||||
ELECTRODE_PROCESS = [
|
||||
# 粗加工
|
||||
{"tool": "endmill_8mm", "strategy": "roughing"},
|
||||
|
||||
# 精加工
|
||||
{"tool": "ballnose_3mm", "strategy": "finishing"},
|
||||
|
||||
# 放电区域加工
|
||||
{"tool": "ballnose_1mm", "strategy": "detail_milling"}
|
||||
]
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 四、G代码格式规范
|
||||
|
||||
### 4.1 基本G代码结构
|
||||
```gcode
|
||||
% 程序开始
|
||||
O1000 (模具型腔加工程序)
|
||||
G17 G40 G49 G80 G90 (安全初始化)
|
||||
G54 (工件坐标系)
|
||||
|
||||
(=== 粗加工 ===)
|
||||
T01 M06 (换刀: 16mm端铣刀)
|
||||
G43 H01 Z100.0 (刀具长度补偿)
|
||||
S1800 M03 (主轴启动)
|
||||
G00 X0 Y0 Z10.0 (快速定位)
|
||||
M08 (冷却液开)
|
||||
|
||||
G01 Z-5.0 F500 (下刀)
|
||||
G01 X50.0 Y30.0 F800 (直线插补)
|
||||
G02 X60.0 Y40.0 I10.0 J0.0 F600 (圆弧插补)
|
||||
|
||||
(=== 精加工 ===)
|
||||
T02 M06 (换刀: 6mm球头刀)
|
||||
G43 H02 Z100.0
|
||||
S3000 M03
|
||||
|
||||
(程序结束)
|
||||
M09 (冷却液关)
|
||||
M05 (主轴停)
|
||||
G28 G91 Z0 (Z轴回零)
|
||||
G28 G91 X0 Y0 (XY轴回零)
|
||||
M30 (程序结束)
|
||||
% 程序结束
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 4.2 加工参数计算
|
||||
|
||||
#### 切削参数计算
|
||||
```python
|
||||
class CuttingParameters:
|
||||
def calculate_spindle_speed(self, tool_diameter, cutting_speed):
|
||||
"""计算主轴转速"""
|
||||
# N = (1000 * Vc) / (π * D)
|
||||
return (1000 * cutting_speed) / (math.pi * tool_diameter)
|
||||
|
||||
def calculate_feed_rate(self, spindle_speed, feed_per_tooth, teeth):
|
||||
"""计算进给速率"""
|
||||
# F = N * fz * z
|
||||
return spindle_speed * feed_per_tooth * teeth
|
||||
|
||||
def calculate_machining_time(self, toolpath_length, feed_rate):
|
||||
"""估算加工时间"""
|
||||
return toolpath_length / feed_rate * 60 # 分钟
|
||||
```
|
||||
|
||||
## 五、碰撞检测与安全
|
||||
|
||||
### 5.1 碰撞检测算法
|
||||
```python
|
||||
class CollisionDetector:
|
||||
def check_tool_holder_collision(self, toolpath, stock, tool_geometry):
|
||||
"""检测刀柄碰撞"""
|
||||
|
||||
def check_rapid_moves(self, rapid_paths, obstacles):
|
||||
"""检测快速移动碰撞"""
|
||||
|
||||
def verify_machine_limits(self, coordinates, machine_limits):
|
||||
"""验证机床行程限制"""
|
||||
```
|
||||
|
||||
### 5.2 安全策略
|
||||
```python
|
||||
SAFETY_STRATEGIES = {
|
||||
"retract_height": 10.0, # 抬刀高度
|
||||
"safe_clearance": 5.0, # 安全距离
|
||||
"max_feed_rate": 5000.0, # 最大进给速率
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"max_spindle_speed": 24000.0, # 最大主轴转速
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"emergency_stop_conditions": [
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"tool_breakage",
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"collision_detected",
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"over_temperature"
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]
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}
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```
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## 六、仿真与验证
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### 6.1 刀具路径仿真
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```python
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class ToolpathSimulator:
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def visualize_toolpath(self, gcode_file):
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"""可视化刀具路径"""
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def simulate_material_removal(self, toolpath, stock):
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||||
"""模拟材料去除"""
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def detect_gouging(self, toolpath, design_surface):
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"""检测过切"""
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```
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### 6.2 加工质量分析
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```python
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class QualityAnalyzer:
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def analyze_surface_roughness(self, toolpath, stepover):
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"""分析表面粗糙度"""
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def check_dimensional_accuracy(self, simulated_part, design):
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"""检查尺寸精度"""
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def estimate_tool_wear(self, cutting_length, material):
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"""估算刀具磨损"""
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```
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## 七、文件输出格式
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### 7.1 G代码文件结构
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```python
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# src/core/gcode_writer.py
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class GCodeWriter:
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def write_program_header(self, program_number, program_name):
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"""写入程序头"""
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def write_tool_change(self, tool_number, tool_description):
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"""写入换刀指令"""
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def write_motion_commands(self, toolpath, feed_rate):
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"""写入运动指令"""
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def write_program_footer(self):
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"""写入程序尾"""
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```
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### 7.2 工艺文档输出
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```python
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class ProcessDocumentation:
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def generate_setup_sheet(self, operations, tools, materials):
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"""生成加工作业指导书"""
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||||
def generate_tool_list(self, tools_used):
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||||
"""生成刀具清单"""
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def generate_inspection_report(self, quality_metrics):
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"""生成检测报告"""
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```
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## 八、实施计划
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### 8.1 第一阶段：基础路径生成（3-4周）
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1. 实现STL几何导入和预处理
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2. 开发基础粗精加工算法
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3. 创建Fanuc格式后处理器
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### 8.2 第二阶段：高级功能（4-5周）
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1. 实现碰撞检测和安全策略
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2. 开发刀具路径优化算法
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3. 添加多轴加工支持
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### 8.3 第三阶段：完善优化（2-3周）
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1. 集成加工仿真功能
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2. 优化性能和用户体验
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3. 添加更多数控系统支持
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## 九、技术选型
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### 9.1 几何处理库
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- **FreeCAD Path Workbench** - 开源CAM解决方案
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- **PyCAM** - 纯Python CAM库
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- **OpenCASCADE** - 几何内核，用于复杂运算
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### 9.2 可视化库
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- **PyVista** - 3D数据可视化
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- **Matplotlib** - 2D图表和路径显示
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- **Plotly** - 交互式3D可视化
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### 9.3 数值计算
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- **NumPy** - 数值计算基础
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- **SciPy** - 科学计算和优化
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- **OpenGL** - 实时3D渲染
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## 十、质量保证
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### 10.1 测试策略
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- **单元测试** - 每个算法模块单独测试
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- **集成测试** - 完整加工流程测试
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- **回归测试** - 确保新功能不破坏现有功能
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### 10.2 验证标准
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- **G代码语法正确性** - 符合数控系统规范
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- **加工安全性** - 无碰撞风险
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- **加工质量** - 满足精度要求
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- **加工效率** - 优化加工时间
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*文档版本：v1.0*
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*创建日期：2026-02-17*
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