基于特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法
【專利摘要】一種基于特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法，首先根據(jù)機(jī)床行程及蒙皮件實(shí)際尺寸進(jìn)行加工區(qū)域劃分，并對(duì)蒙皮件分區(qū)域特征識(shí)別。其次，確定每一加工區(qū)域的排架分布信息及當(dāng)前區(qū)域的特征加工順序、切削參數(shù)等信息，并構(gòu)建蒙皮中間層工藝曲面，用于自動(dòng)計(jì)算刀具軌跡。根據(jù)刀軌信息對(duì)機(jī)床主軸及頂撐基于特征的自動(dòng)數(shù)控編程，通過干涉判斷調(diào)整排架位置，最終輸出最終數(shù)控程序驅(qū)動(dòng)數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)快速加工?；谔卣鞯拿善ょR像銑削快速數(shù)控編程，縮短刀軌編制周期，實(shí)現(xiàn)了加工主軸自動(dòng)數(shù)控編程、頂撐的自動(dòng)數(shù)控編程，減少編程對(duì)人的經(jīng)驗(yàn)的依賴性，保證編程規(guī)范性，提高編程質(zhì)量，同時(shí)提高編程效率。
【專利說明】基于特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種集成制造方法，尤其是一種以CAM (Computer Aided Manufacturing)為基礎(chǔ)快速自動(dòng)生成蒙皮零件數(shù)控加工程序的方法，具體地說是一種基于 特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 鏡像銑系統(tǒng)MMS (Mirror Milling System)是一種用于蒙皮銑切加工的新型柔性 加工系統(tǒng)，與傳統(tǒng)多點(diǎn)系統(tǒng)不同，蒙皮鏡像銑削采用排架式真空吸附立式裝夾，通過移動(dòng)排 架調(diào)整加工區(qū)域，背部采用帶有超聲波測(cè)厚的頂撐裝置與主軸刀具位置時(shí)刻成鏡像關(guān)系， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工部位的高度剛性支撐，防止加工過程的顫振，并實(shí)現(xiàn)厚度的控制，是一 種新型綠色加工技術(shù)。
[0003] 然而，新一代蒙皮鏡像銑技術(shù)加工工藝復(fù)雜，編程前需要根據(jù)蒙皮實(shí)際尺寸及機(jī) 床性能對(duì)蒙皮進(jìn)行加工區(qū)域的劃分，針對(duì)蒙皮加工區(qū)域確定每個(gè)加工區(qū)域下排架的分布狀 態(tài)。蒙皮屬于弱剛性薄壁件，加工過程中不允許抬刀，以防止加工變形，同時(shí)由于厚度監(jiān)測(cè) 采用超聲波測(cè)厚，對(duì)刀軌提出了無交叉，無重疊的要求。蒙皮加工需要逐層銑削，而蒙皮中 間層特征屬于復(fù)雜曲面相交特征，包含下陷，通窗等特征，無法利用中間層的工藝面直接數(shù) 控編程，需要手動(dòng)創(chuàng)建工藝曲面代替原有曲面。頂撐為保證與加工主軸的實(shí)時(shí)鏡像，需要對(duì) 頂撐裝置進(jìn)行同步數(shù)控編程。傳統(tǒng)的數(shù)控編程及已有的刀具軌跡無法滿足蒙皮鏡像銑加工 的需求。目前蒙皮鏡像銑加工的刀具軌跡采用手動(dòng)繪制，一個(gè)小尺寸（l〇〇_X 100mm)工藝 面至少需要15-30分鐘的時(shí)間劃線，同時(shí)編程過程中，工藝參數(shù)，走刀方案及頂撐軌跡都需 要單獨(dú)添加控制指令，嚴(yán)重影響蒙皮鏡像銑數(shù)控編程效率。
[0004] 針對(duì)以上問題，提出一種基于特征的蒙皮鏡像銑削快速數(shù)控編程方法。首先根據(jù) 蒙皮鏡像銑已劃分的加工區(qū)域，分區(qū)域特征識(shí)別，快速準(zhǔn)確的提取到蒙皮零件的加工特征， 利用交互處理完成蒙皮全部特征的提取及保存?；谔卣髯詣?dòng)規(guī)劃每個(gè)加工區(qū)域的排架分 布，確定每個(gè)加工區(qū)域的裝夾狀態(tài)，并決策切削參數(shù)，加工順序等信息?；跊Q策加工順序 及加工參數(shù)自動(dòng)創(chuàng)建中間層加工特征，并添加到加工特征識(shí)別結(jié)果中進(jìn)行基于特征的快速 刀軌計(jì)算，自動(dòng)生成每層，每個(gè)特征的刀具軌跡。根據(jù)刀軌信息和決策的加工工藝方案自動(dòng) 添加主軸加工程序，并自動(dòng)為頂撐裝置數(shù)控編程，通過干涉檢查判斷排架是否與頂撐發(fā)生 干涉以調(diào)整排架位置，最終輸出數(shù)控程序，完成基于特征的蒙皮鏡像銑削自動(dòng)數(shù)控編程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對(duì)飛機(jī)蒙皮零件剛性差、表面復(fù)雜需采用鏡像加工來保證加工 質(zhì)量，但鏡像加工中由于無法直接從工藝數(shù)據(jù)庫中讀取工藝規(guī)程，需要大量手工操作和選 取而導(dǎo)至數(shù)控加工程序編程周期長、效率低，影響數(shù)控機(jī)床加工效率的問題，發(fā)明一種基于 特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步 驟：
[0008] 首先，根據(jù)蒙皮鏡像銑加工區(qū)域劃分規(guī)則對(duì)蒙皮件劃分加工區(qū)域；
[0009] 其次，根據(jù)所劃分的加工區(qū)域?qū)γ善ち慵M(jìn)行分區(qū)域特征識(shí)別，分區(qū)域特征識(shí)別 包含自動(dòng)特征識(shí)別及交互特征識(shí)別；
[0010] 第三，基于所識(shí)別的特征決策加工順序及加工參數(shù)等信息；
[0011] 第四，根據(jù)決策的加工順序及加工參數(shù)，構(gòu)造中間特征；
[0012] 第五，根據(jù)蒙皮鏡像銑刀具軌跡生成規(guī)則，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)特征的刀具軌跡；
[0013] 第六，根據(jù)蒙皮編程工藝規(guī)范及生成的刀具軌跡對(duì)加工主軸進(jìn)行數(shù)控編程得到主 軸數(shù)控程序；
[0014] 第七，根據(jù)蒙皮編程工藝規(guī)范及主軸數(shù)控程序?qū)敁芜M(jìn)行數(shù)控編程；
[0015] 第八，干涉檢查，調(diào)節(jié)排架位置直到干涉問題解決；
[0016] 第九，后置處理，自動(dòng)生成全部數(shù)控加工程序，供數(shù)控加工機(jī)床進(jìn)行銑削加工。
[0017] 所述的加工區(qū)域劃分是指由于蒙皮鏡像銑削裝置采用排架式真空吸附臥式裝夾， 而且加工過程中蒙皮件反面有支撐裝置與主軸發(fā)生鏡像隨動(dòng)，實(shí)時(shí)壓緊蒙皮，為了避免頂 撐與排架發(fā)生干涉，需要在數(shù)控編程前對(duì)蒙皮件進(jìn)行加工區(qū)域劃分。加工區(qū)域劃分主要考 慮機(jī)床的加工行程，蒙皮件剛性及盡量避免拆分加工特征等因素，盡可能減少劃分的加工 區(qū)域數(shù)量。
[0018] 所述的分區(qū)域特征識(shí)別是指根據(jù)蒙皮劃分的加工區(qū)域，將蒙皮分割成多個(gè)零件 體，提取每個(gè)加工區(qū)域待加工特征的幾何信息和工藝信息，按照定義好的蒙皮零件特征進(jìn) 行特征化標(biāo)記，采用全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識(shí)別。主要識(shí)別蒙皮的下陷特征、通窗 特征、孔特征以及輪廓特征。識(shí)別過程中標(biāo)注加工區(qū)域，及加工區(qū)域中每個(gè)特征的厚度，幾 何尺寸及加工位置等信息，為決策加工順序、加工參數(shù)等信息及刀軌生成提供依據(jù)。
[0019] 所述的蒙皮特征交互識(shí)別是在特征識(shí)別后，根據(jù)實(shí)際需求，提供將不必要的特征 從特征列表中刪除的功能，同時(shí)可將未識(shí)別到的特征添加的特征列表中。由于蒙皮零件存 在建模缺陷，即出現(xiàn)個(gè)別完整特征被拆分成多個(gè)碎面的情況，碎面的存在不僅影響編程效 率，同時(shí)影響加工質(zhì)量，在交互識(shí)別中提供碎面擬合功能，將碎面特征離散成點(diǎn)，在從點(diǎn)擬 合成能夠替代原始特征的工藝曲面，完善識(shí)別結(jié)果，為后續(xù)刀軌計(jì)算提供依據(jù)。
[0020] 所述的所述的決策加工順序及加工參數(shù)是通過蒙皮鏡像銑數(shù)控編程工藝規(guī)范提 供完整的信息支撐，根據(jù)蒙皮件加工區(qū)域的劃分自動(dòng)確定排架位置、特征的加工順序、刀具 有效切削半徑、刀軌間距范圍、進(jìn)退刀位置，進(jìn)退刀參數(shù)以及切削參數(shù)，并確定通窗及輪廓 特征的加工工藝方案，基于特征表達(dá)工藝規(guī)則及工藝方案。
[0021] 所述的中間特征構(gòu)造是指蒙皮件中間層工藝下陷面加工特征的構(gòu)建。蒙皮零件的 特征是由復(fù)雜曲面相交構(gòu)成，蒙皮鏡像銑削需要從厚度最大的一層，逐層銑削。由于中間層 工藝曲面會(huì)包含下陷特征，孔特征及通窗特征等，在數(shù)控編程時(shí)無法直接在中間層曲面上 直接繪制加工軌跡，需要?jiǎng)?chuàng)建工藝曲面覆蓋原中間層的曲面用以編程。而蒙皮件特征識(shí)別 不包含中間層加工特征，因此需要根據(jù)加工區(qū)域的邊界條件及決策的加工順序和加工參數(shù) 信息構(gòu)建中間層的工藝曲面，供后續(xù)刀軌計(jì)算。
[0022] 所述的刀具軌跡生成規(guī)則是指蒙皮鏡像銑要求刀軌要滿足無殘留、無抬刀、無交 叉、等距離、刀軸沿曲面法向方向等規(guī)則，保證加工過程中超聲波測(cè)厚信號(hào)的穩(wěn)定及加工過 程的穩(wěn)定。
[0023] 所述的主軸數(shù)控編程是指將決策的加工順序及加工參數(shù)作為自動(dòng)編程的依據(jù)，根 據(jù)蒙皮鏡像銑削數(shù)控編程工藝規(guī)范，針對(duì)每個(gè)特征自動(dòng)添加刀軌操作、進(jìn)退刀操作并自動(dòng) 賦值工藝切削參數(shù)，基于特征實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)控編程。
[0024] 所述的頂撐數(shù)控編程是指由于蒙皮鏡像銑削采用一個(gè)至少五坐標(biāo)的頂撐裝置，實(shí) 時(shí)與主軸形成鏡像運(yùn)動(dòng)，壓緊蒙皮，防止加工顫振及加工變形等加工問題，因此在蒙皮鏡像 銑的數(shù)控編程中需要對(duì)頂撐裝置單獨(dú)進(jìn)行數(shù)控編程。頂撐裝置數(shù)控程序根據(jù)主軸加工軌 跡，主軸軸向方向，及蒙皮特征厚度自動(dòng)計(jì)算頂撐的實(shí)際軌跡。當(dāng)機(jī)床主軸所在位置的刀位 點(diǎn)P1JA法向?yàn)镴時(shí)，根據(jù)蒙皮當(dāng)前厚度τ可以計(jì)算出頂撐所在位置的向量萬及坐標(biāo)p' n 為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于特征的蒙皮鏡像銑削數(shù)控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步 驟： 首先，根據(jù)蒙皮鏡像銑加工區(qū)域劃分規(guī)則對(duì)蒙皮件劃分加工區(qū)域； 其次，根據(jù)所劃分的加工區(qū)域?qū)γ善ち慵M(jìn)行分區(qū)域特征識(shí)別，分區(qū)域特征識(shí)別包含 自動(dòng)特征識(shí)別及交互特征識(shí)別； 第三，基于所識(shí)別的特征決策加工順序及加工參數(shù)等信息； 第四，根據(jù)決策的加工順序及加工參數(shù)，構(gòu)造中間特征； 第五，根據(jù)蒙皮鏡像銑刀具軌跡生成規(guī)則，自動(dòng)計(jì)算每個(gè)特征的刀具軌跡； 第六，根據(jù)蒙皮編程工藝規(guī)范及生成的刀具軌跡對(duì)加工主軸進(jìn)行數(shù)控編程得到主軸數(shù) 控程序； 第七，根據(jù)蒙皮編程工藝規(guī)范及主軸數(shù)控程序?qū)敁芜M(jìn)行數(shù)控編程； 第八，干涉檢查，調(diào)節(jié)排架位置直到干涉問題解決； 第九，后置處理，自動(dòng)生成全部數(shù)控加工程序，供數(shù)控加工機(jī)床進(jìn)行銑削加工。
2. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的加工區(qū)域劃分是指由于蒙皮鏡像銑削裝置 采用排架式真空吸附臥式裝夾，而且加工過程中蒙皮件反面有支撐裝置與主軸發(fā)生鏡像隨 動(dòng)，實(shí)時(shí)壓緊蒙皮，為了避免頂撐與排架發(fā)生干涉，需要在數(shù)控編程前對(duì)蒙皮件進(jìn)行加工區(qū) 域劃分；加工區(qū)域劃分主要考慮機(jī)床的加工行程、蒙皮件剛性和避免拆分加工特征以減少 劃分的加工區(qū)域數(shù)量。
3. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的分區(qū)域特征識(shí)別是指根據(jù)蒙皮劃分的加工區(qū) 域，將蒙皮分割成多個(gè)零件體，提取每個(gè)加工區(qū)域待加工特征的幾何信息和工藝信息，按照 定義好的蒙皮零件特征進(jìn)行特征化標(biāo)記，采用全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識(shí)別；主要 識(shí)別蒙皮的下陷特征、通窗特征、孔特征以及輪廓特征；識(shí)別過程中標(biāo)注加工區(qū)域及加工區(qū) 域中每個(gè)特征的厚度、何尺寸及加工位置，為決策加工順序、加工參數(shù)等信息及刀軌生成提 供依據(jù)。
4. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的蒙皮特征交互識(shí)別是在特征識(shí)別后，根據(jù)實(shí) 際需求，提供將不必要的特征從特征列表中刪除的功能，同時(shí)將未識(shí)別到的特征添加到特 征列表中；由于蒙皮零件存在建模缺陷，即出現(xiàn)個(gè)別完整特征被拆分成多個(gè)碎面的情況，碎 面的存在不僅影響編程效率，同時(shí)影響加工質(zhì)量，在交互識(shí)別中提供碎面擬合功能，將碎面 特征離散成點(diǎn)，從點(diǎn)擬合成能夠替代原始特征的工藝曲面，完善識(shí)別結(jié)果，為后續(xù)刀軌計(jì)算 提供依據(jù)。
5. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的決策加工順序及加工參數(shù)是通過蒙皮鏡像銑 數(shù)控編程工藝規(guī)范提供完整的信息支撐，根據(jù)蒙皮件加工區(qū)域的劃分自動(dòng)確定排架位置、 特征的加工順序、刀具有效切削半徑、刀軌間距范圍、進(jìn)退刀位置，進(jìn)退刀參數(shù)以及切削參 數(shù)，并確定通窗及輪廓特征的加工工藝方案，基于特征表達(dá)工藝規(guī)則及工藝方案。
6. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的中間特征構(gòu)造是指蒙皮件中間層工藝下陷面 加工特征的構(gòu)建。蒙皮零件的特征是由復(fù)雜曲面相交構(gòu)成，蒙皮鏡像銑削需要從厚度最大 的一層，逐層銑削；由于中間層工藝曲面會(huì)包含下陷特征、孔特征及通窗特征，在數(shù)控編程 時(shí)無法直接在中間層曲面上直接繪制加工軌跡，需要?jiǎng)?chuàng)建工藝曲面覆蓋原中間層的曲面用 以編程；而蒙皮件特征識(shí)別不包含中間層加工特征，因此需要根據(jù)加工區(qū)域的邊界條件及 決策的加工順序及加工參數(shù)信息構(gòu)建中間層的工藝曲面，供后續(xù)刀軌計(jì)算。
7. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的刀具軌跡生成規(guī)則是指蒙皮鏡像銑要求刀軌 要滿足無殘留、無抬刀、無交叉、等距離、刀軸沿曲面法向方向的規(guī)則，保證加工過程中超聲 波測(cè)厚信號(hào)的穩(wěn)定及加工過程的穩(wěn)定。
8. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的主軸數(shù)控編程是指將決策的加工順序及加工 參數(shù)作為自動(dòng)編程的依據(jù)，根據(jù)蒙皮鏡像銑削數(shù)控編程工藝規(guī)范，針對(duì)每個(gè)特征自動(dòng)添加 刀軌操作、進(jìn)退刀操作并自動(dòng)賦值工藝切削參數(shù)，基于特征實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)控編程。
9. 如權(quán)利1所述的方法，其特征是所述的頂撐數(shù)控編程是指由于蒙皮鏡像銑削采用一 個(gè)至少五坐標(biāo)的頂撐裝置，實(shí)時(shí)與主軸形成鏡像運(yùn)動(dòng)，壓緊蒙皮，防止加工顫振及加工變形 問題，因此在蒙皮鏡像銑的數(shù)控編程中需要對(duì)頂撐裝置單獨(dú)進(jìn)行數(shù)控編程；頂撐裝置數(shù)控 程序根據(jù)主軸加工軌跡，主軸軸向方向及蒙皮特征厚度自動(dòng)計(jì)算頂撐的實(shí)際軌跡；當(dāng)機(jī)床 主軸所在位置的刀位點(diǎn)Pn的法向?yàn)椋?？時(shí)，根據(jù)蒙皮當(dāng)前厚度T可以計(jì)算出頂撐所在位置的 向量云及坐標(biāo)P' n為：
【文檔編號(hào)】G05B19/18GK104360634SQ201410636422
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月12日
【發(fā)明者】李迎光, 郝小忠, 周鑫, 劉長青, 馬斯博 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)