基于特征的蒙皮鏡像銑削數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控程序快速生成方法，首先根據機床行程及蒙皮件實際尺寸進行加工區域劃分，并對蒙皮件分區域特征識別。其次，確定每一加工區域的排架分布信息及當前區域的特征加工順序、切削參數等信息，并構建蒙皮中間層工藝曲面，用于自動計算刀具軌跡。根據刀軌信息對機床主軸及頂撐基于特征的自動數控編程，通過干涉判斷調整排架位置，最終輸出最終數控程序驅動數控機床實現快速加工。基于特征的蒙皮鏡像銑削快速數控編程，縮短刀軌編制周期，實現了加工主軸自動數控編程、頂撐的自動數控編程，減少編程對人的經驗的依賴性，保證編程規范性，提高編程質量，同時提高編程效率。
【專利說明】基于特征的蒙皮鏡像銑削數控程序快速生成方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種集成制造方法，尤其是一種以CAM (Computer Aided Manufacturing)為基礎快速自動生成蒙皮零件數控加工程序的方法，具體地說是一種基于 特征的蒙皮鏡像銑削數控程序快速生成方法。
【背景技術】
[0002] 鏡像銑系統MMS (Mirror Milling System)是一種用于蒙皮銑切加工的新型柔性 加工系統，與傳統多點系統不同，蒙皮鏡像銑削采用排架式真空吸附立式裝夾，通過移動排 架調整加工區域，背部采用帶有超聲波測厚的頂撐裝置與主軸刀具位置時刻成鏡像關系， 從而實現對工件加工部位的高度剛性支撐，防止加工過程的顫振，并實現厚度的控制，是一 種新型綠色加工技術。
[0003] 然而，新一代蒙皮鏡像銑技術加工工藝復雜，編程前需要根據蒙皮實際尺寸及機 床性能對蒙皮進行加工區域的劃分，針對蒙皮加工區域確定每個加工區域下排架的分布狀 態。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，同時由于厚度監測 采用超聲波測厚，對刀軌提出了無交叉，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 控編程，需要手動創建工藝曲面代替原有曲面。頂撐為保證與加工主軸的實時鏡像，需要對 頂撐裝置進行同步數控編程。傳統的數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繪制，一個小尺寸（l〇〇_X 100mm)工藝 面至少需要15-30分鐘的時間劃線，同時編程過程中，工藝參數，走刀方案及頂撐軌跡都需 要單獨添加控制指令，嚴重影響蒙皮鏡像銑數控編程效率。
[0004] 針對以上問題，提出一種基于特征的蒙皮鏡像銑削快速數控編程方法。首先根據 蒙皮鏡像銑已劃分的加工區域，分區域特征識別，快速準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。基于特征自動規劃每個加工區域的排架分 布，確定每個加工區域的裝夾狀態，并決策切削參數，加工順序等信息。基于決策加工順序 及加工參數自動創建中間層加工特征，并添加到加工特征識別結果中進行基于特征的快速 刀軌計算，自動生成每層，每個特征的刀具軌跡。根據刀軌信息和決策的加工工藝方案自動 添加主軸加工程序，并自動為頂撐裝置數控編程，通過干涉檢查判斷排架是否與頂撐發生 干涉以調整排架位置，最終輸出數控程序，完成基于特征的蒙皮鏡像銑削自動數控編程。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是針對飛機蒙皮零件剛性差、表面復雜需采用鏡像加工來保證加工 質量，但鏡像加工中由于無法直接從工藝數據庫中讀取工藝規程，需要大量手工操作和選 取而導至數控加工程序編程周期長、效率低，影響數控機床加工效率的問題，發明一種基于 特征的蒙皮鏡像銑削數控程序快速生成方法。
[0006] 本發明的技術方案是：
[0007] -種基于特征的蒙皮鏡像銑削數控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步 驟：
[0008] 首先，根據蒙皮鏡像銑加工區域劃分規則對蒙皮件劃分加工區域；
[0009] 其次，根據所劃分的加工區域對蒙皮零件進行分區域特征識別，分區域特征識別 包含自動特征識別及交互特征識別；
[0010] 第三，基于所識別的特征決策加工順序及加工參數等信息；
[0011] 第四，根據決策的加工順序及加工參數，構造中間特征；
[0012] 第五，根據蒙皮鏡像銑刀具軌跡生成規則，自動計算每個特征的刀具軌跡；
[0013] 第六，根據蒙皮編程工藝規范及生成的刀具軌跡對加工主軸進行數控編程得到主 軸數控程序；
[0014] 第七，根據蒙皮編程工藝規范及主軸數控程序對頂撐進行數控編程；
[0015] 第八，干涉檢查，調節排架位置直到干涉問題解決；
[0016] 第九，后置處理，自動生成全部數控加工程序，供數控加工機床進行銑削加工。
[0017] 所述的加工區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生鏡像隨動，實時壓緊蒙皮，為了避免頂 撐與排架發生干涉，需要在數控編程前對蒙皮件進行加工區域劃分。加工區域劃分主要考 慮機床的加工行程，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 區域數量。
[0018] 所述的分區域特征識別是指根據蒙皮劃分的加工區域，將蒙皮分割成多個零件 體，提取每個加工區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 行特征化標記，采用全息屬性面邊圖的方法進行特征識別。主要識別蒙皮的下陷特征、通窗 特征、孔特征以及輪廓特征。識別過程中標注加工區域，及加工區域中每個特征的厚度，幾 何尺寸及加工位置等信息，為決策加工順序、加工參數等信息及刀軌生成提供依據。
[0019] 所述的蒙皮特征交互識別是在特征識別后，根據實際需求，提供將不必要的特征 從特征列表中刪除的功能，同時可將未識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，即出現個別完整特征被拆分成多個碎面的情況，碎面的存在不僅影響編程效 率，同時影響加工質量，在交互識別中提供碎面擬合功能，將碎面特征離散成點，在從點擬 合成能夠替代原始特征的工藝曲面，完善識別結果，為后續刀軌計算提供依據。
[0020] 所述的所述的決策加工順序及加工參數是通過蒙皮鏡像銑數控編程工藝規范提 供完整的信息支撐，根據蒙皮件加工區域的劃分自動確定排架位置、特征的加工順序、刀具 有效切削半徑、刀軌間距范圍、進退刀位置，進退刀參數以及切削參數，并確定通窗及輪廓 特征的加工工藝方案，基于特征表達工藝規則及工藝方案。
[0021] 所述的中間特征構造是指蒙皮件中間層工藝下陷面加工特征的構建。蒙皮零件的 特征是由復雜曲面相交構成，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 工藝曲面會包含下陷特征，孔特征及通窗特征等，在數控編程時無法直接在中間層曲面上 直接繪制加工軌跡，需要創建工藝曲面覆蓋原中間層的曲面用以編程。而蒙皮件特征識別 不包含中間層加工特征，因此需要根據加工區域的邊界條件及決策的加工順序和加工參數 信息構建中間層的工藝曲面，供后續刀軌計算。
[0022] 所述的刀具軌跡生成規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則，保證加工過程中超聲波測厚信號的穩定及加工過 程的穩定。
[0023] 所述的主軸數控編程是指將決策的加工順序及加工參數作為自動編程的依據，根 據蒙皮鏡像銑削數控編程工藝規范，針對每個特征自動添加刀軌操作、進退刀操作并自動 賦值工藝切削參數，基于特征實現自動數控編程。
[0024] 所述的頂撐數控編程是指由于蒙皮鏡像銑削采用一個至少五坐標的頂撐裝置，實 時與主軸形成鏡像運動，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 銑的數控編程中需要對頂撐裝置單獨進行數控編程。頂撐裝置數控程序根據主軸加工軌 跡，主軸軸向方向，及蒙皮特征厚度自動計算頂撐的實際軌跡。當機床主軸所在位置的刀位 點P1JA法向為J時，根據蒙皮當前厚度τ可以計算出頂撐所在位置的向量萬及坐標p' n 為：
【權利要求】
1. 一種基于特征的蒙皮鏡像銑削數控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步 驟： 首先，根據蒙皮鏡像銑加工區域劃分規則對蒙皮件劃分加工區域； 其次，根據所劃分的加工區域對蒙皮零件進行分區域特征識別，分區域特征識別包含 自動特征識別及交互特征識別； 第三，基于所識別的特征決策加工順序及加工參數等信息； 第四，根據決策的加工順序及加工參數，構造中間特征； 第五，根據蒙皮鏡像銑刀具軌跡生成規則，自動計算每個特征的刀具軌跡； 第六，根據蒙皮編程工藝規范及生成的刀具軌跡對加工主軸進行數控編程得到主軸數 控程序； 第七，根據蒙皮編程工藝規范及主軸數控程序對頂撐進行數控編程； 第八，干涉檢查，調節排架位置直到干涉問題解決； 第九，后置處理，自動生成全部數控加工程序，供數控加工機床進行銑削加工。
2. 如權利1所述的方法，其特征是所述的加工區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生鏡像隨 動，實時壓緊蒙皮，為了避免頂撐與排架發生干涉，需要在數控編程前對蒙皮件進行加工區 域劃分；加工區域劃分主要考慮機床的加工行程、蒙皮件剛性和避免拆分加工特征以減少 劃分的加工區域數量。
3. 如權利1所述的方法，其特征是所述的分區域特征識別是指根據蒙皮劃分的加工區 域，將蒙皮分割成多個零件體，提取每個加工區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行特征化標記，采用全息屬性面邊圖的方法進行特征識別；主要 識別蒙皮的下陷特征、通窗特征、孔特征以及輪廓特征；識別過程中標注加工區域及加工區 域中每個特征的厚度、何尺寸及加工位置，為決策加工順序、加工參數等信息及刀軌生成提 供依據。
4. 如權利1所述的方法，其特征是所述的蒙皮特征交互識別是在特征識別后，根據實 際需求，提供將不必要的特征從特征列表中刪除的功能，同時將未識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，即出現個別完整特征被拆分成多個碎面的情況，碎 面的存在不僅影響編程效率，同時影響加工質量，在交互識別中提供碎面擬合功能，將碎面 特征離散成點，從點擬合成能夠替代原始特征的工藝曲面，完善識別結果，為后續刀軌計算 提供依據。
5. 如權利1所述的方法，其特征是所述的決策加工順序及加工參數是通過蒙皮鏡像銑 數控編程工藝規范提供完整的信息支撐，根據蒙皮件加工區域的劃分自動確定排架位置、 特征的加工順序、刀具有效切削半徑、刀軌間距范圍、進退刀位置，進退刀參數以及切削參 數，并確定通窗及輪廓特征的加工工藝方案，基于特征表達工藝規則及工藝方案。
6. 如權利1所述的方法，其特征是所述的中間特征構造是指蒙皮件中間層工藝下陷面 加工特征的構建。蒙皮零件的特征是由復雜曲面相交構成，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包含下陷特征、孔特征及通窗特征，在數控編程 時無法直接在中間層曲面上直接繪制加工軌跡，需要創建工藝曲面覆蓋原中間層的曲面用 以編程；而蒙皮件特征識別不包含中間層加工特征，因此需要根據加工區域的邊界條件及 決策的加工順序及加工參數信息構建中間層的工藝曲面，供后續刀軌計算。
7. 如權利1所述的方法，其特征是所述的刀具軌跡生成規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則，保證加工過程中超聲 波測厚信號的穩定及加工過程的穩定。
8. 如權利1所述的方法，其特征是所述的主軸數控編程是指將決策的加工順序及加工 參數作為自動編程的依據，根據蒙皮鏡像銑削數控編程工藝規范，針對每個特征自動添加 刀軌操作、進退刀操作并自動賦值工藝切削參數，基于特征實現自動數控編程。
9. 如權利1所述的方法，其特征是所述的頂撐數控編程是指由于蒙皮鏡像銑削采用一 個至少五坐標的頂撐裝置，實時與主軸形成鏡像運動，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控編程中需要對頂撐裝置單獨進行數控編程；頂撐裝置數控 程序根據主軸加工軌跡，主軸軸向方向及蒙皮特征厚度自動計算頂撐的實際軌跡；當機床 主軸所在位置的刀位點Pn的法向為：？時，根據蒙皮當前厚度T可以計算出頂撐所在位置的 向量云及坐標P' n為：
【文檔編號】G05B19/18GK104360634SQ201410636422
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月12日 優先權日:2014年11月12日
【發明者】李迎光, 郝小忠, 周鑫, 劉長青, 馬斯博 申請人:南京航空航天大學