專利名稱：基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成制造方法,尤其是一種以CAD (Computer Aided Design) /CAPP (Computer Aided Process Planning)/CAM (Computer Aided Manufacturing)/CNC(Computer Numerical Control) /CAI (Computer Aided Inspection)為基礎(chǔ)能自動生成復(fù)雜零件數(shù)控加工程序的制造方法，具體地說是一種基于飛機(jī)構(gòu)件特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法。
背景技術(shù)：
高精度、高效率、高可靠性是制造技術(shù)不懈追求的目標(biāo)。航空、航天、汽車、船舶、能源微電子等領(lǐng)域高、精、尖復(fù)雜產(chǎn)品的加工過程向現(xiàn)代制造工藝、裝備和系統(tǒng)的極限性能不斷提出新的挑戰(zhàn)，迫切需要能夠解決制造過程本質(zhì)的方法。數(shù)字化制造將先進(jìn)的制造技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合，在制造工藝、裝備和系統(tǒng)的描述、規(guī)劃、操作和控制方面發(fā)生了深刻的變革。數(shù)字化制造通過制造過程數(shù)字化仿真與優(yōu)化，以及制造知識、信息的數(shù)字化表達(dá)、組織和存儲等，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建模與信息集成、制造過程和制造系統(tǒng)之間的協(xié)同、虛擬仿真等。但是目前為止，還沒有一種方法或者手段能夠?qū)崿F(xiàn)上述數(shù)字化制造知識的集成與表達(dá)，以便實(shí)現(xiàn)整個制造過程的集成。特征技術(shù)作為一種數(shù)字化制造的一種手段，在信息集成方面發(fā)揮了重要作用，在傳統(tǒng)的研究與商業(yè)軟件的應(yīng)用中，特征技術(shù)廣泛應(yīng)用在CAD/CAM領(lǐng)域，但是在集成方面都處于研究階段，基本上都是處于CAD或者CAM的獨(dú)立應(yīng)用。近年來特征技術(shù)在STEP-NC方面有很多學(xué)者在研究，并且提出了一系列的國際標(biāo)準(zhǔn)，但是都處于探索階段，與目前的工業(yè)實(shí)際的裝備接口性差，難以推廣應(yīng)用。檢索已經(jīng)發(fā)表或公開的文獻(xiàn)資料，基本都是CAD/CAM集成或者CAM/CNC集成方面，或者是單個的應(yīng)用領(lǐng)域研究。同時，在信息表達(dá)與方法方面不能應(yīng)用于復(fù)雜零件且不能有效表達(dá)整個制造過程的信息。綜上所述，鑒于數(shù)字化制造在整個制造領(lǐng)域的重要作用及其挑戰(zhàn)，但是整個制造系統(tǒng)相對松散；而特征技術(shù)作為一種數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)手段，還沒有實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的集成
發(fā)明內(nèi)容
:本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的整個制造系統(tǒng)相對松散，難以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化集成制造的問題，以特征作為制造知識和經(jīng)驗(yàn)的載體，實(shí)現(xiàn)信息的有效集成，自動生成整個零件的數(shù)控加工程序的基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法，其特征是首先讀入待加工零件的三維數(shù)字模型，其次，進(jìn)行自動特征識別，從讀入的三維數(shù)字模型中提取待加工零件的幾何信息與工藝信息，三維數(shù)字模型中不包含的信息通過與數(shù)模配套的相關(guān)工藝文件獲取，并將所提取的幾何與工藝信息進(jìn)行特征化標(biāo)記，所有特征都按照特征類別與序號進(jìn)行唯一標(biāo)識，即特征標(biāo)識=特征類別+序號，以此標(biāo)識作為不同應(yīng)用間特征關(guān)聯(lián)的工具；若在制造過程中特征被分解，則特征標(biāo)識=分解標(biāo)識+特征類別+序號+分解子序號，從而實(shí)現(xiàn)以特征作為制造知識和經(jīng)驗(yàn)的載體，實(shí)現(xiàn)信息的有效集成；第三，為了在整個制造過程中保持特征的有效性以及特征衍變的連貫性，采用面向?qū)ο笠约盎诒倔w的方法表示特征即定義特征的本體以及各應(yīng)用領(lǐng)域特征的類，采用全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識別；最后，經(jīng)過工藝優(yōu)化自動生成復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序，驅(qū)動數(shù)控加工設(shè)備完成整個加工過程。在進(jìn)行自動特征識別完成后再基于特征構(gòu)建加工工藝優(yōu)化模型、基于特征進(jìn)行自動工藝決策、基于特征進(jìn)行自動數(shù)控編程、基于特征進(jìn)行后置處理、基于特征進(jìn)行加工過程控制、基于特征進(jìn)行在線檢測、基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫和構(gòu)建特征幾何信息與工藝信息向機(jī)床性能參數(shù)的映射模型；(I)所述的基于特征構(gòu)建加工工藝優(yōu)化模型時應(yīng)包含特征的幾何信息、刀具的信息、機(jī)床信息和工件的材料信息，優(yōu)化模型的約束為切削力和振動，優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)為加工效率、加工質(zhì)量和加工成本，優(yōu)化的項(xiàng)目為切深、切寬和進(jìn)給速度，建立基于特征的切削參數(shù)庫；面向應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建基于特征的切削試驗(yàn)試件三維模型，包含典型特征及其典型組合，作為驗(yàn)證加工工藝的標(biāo)準(zhǔn)樣件；(2)所述的基于特征進(jìn)行自動工藝決策是為自動工藝決策提供完整的信息支撐，基于特征表達(dá)工藝規(guī)則及工藝方案，進(jìn)而基于特征進(jìn)行自動工藝決策，基于特征表達(dá)自動工藝決策的結(jié)果；(3)所述的基于特征進(jìn)行自動數(shù)控編程是指將自動工藝決策的結(jié)果也作為自動編程的依據(jù)，進(jìn)而基于特征自動生成加工刀軌，基于特征表達(dá)自動編程的結(jié)果；(4)所述的基于特征進(jìn)行后置處理是以自動編程的結(jié)果為依據(jù)，考慮數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，進(jìn)行基于特征的后置處理，基于特征表達(dá)后置處理的結(jié)果，形成數(shù)控加工程序；(5)所述的基于特征進(jìn)行加工過程控制是為表達(dá)加工過程中出現(xiàn)的問題的處理策略，包括基于特征進(jìn)行加工過程的狀態(tài)監(jiān)測，加工過程中進(jìn)行智能自適應(yīng)調(diào)整，基于特征記錄加工過程中的數(shù)據(jù)，供工藝優(yōu)化使用；(6)所述的基于特征進(jìn)行在線檢測是指基于特征的幾何信息和工藝信息形成檢測點(diǎn)生成規(guī)范，基于特征的幾何信息優(yōu)化在線檢測時測頭姿態(tài)矢量以及檢測軌跡，基于特征形成檢測分析結(jié)果，作為優(yōu)化加工工藝的依據(jù)；(7)所述的基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫中包含與工時相關(guān)的特征的幾何信息以及零件工時，以特征幾何信息與工藝信息作為輸入，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在沒有零件數(shù)控程序的前提下預(yù)測待加工零件的工時，作為零件加工對外報價以及生產(chǎn)計劃安排的依據(jù)；在基于特征的數(shù)控程序中加入特征的幾何信息與工藝信息，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的動態(tài)特性以及切削過程中的切削力，精確預(yù)測每一個工序的數(shù)控加工工時，作為機(jī)床調(diào)度的依據(jù)；(9)所述的構(gòu)建特征幾何信息與工藝信息向機(jī)床性能參數(shù)的映射模型是基于特征分析滿足加工零件所需機(jī)床的性能參數(shù)，提供面向應(yīng)用的機(jī)床相關(guān)參數(shù)設(shè)計參考。所述的基于特征進(jìn)行自動工藝決策的步驟為:(I)基于特征表達(dá)與工藝決策相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:特征的幾何尺寸、位置、 幾何結(jié)構(gòu)、特征所允許的最大刀具直徑，工藝信息為:材料、毛坯形式、力口工余量和加工精度；
(2)基于特征的工藝決策按照機(jī)床決策、加工順序決策、加工方法決策及切削參數(shù)決策的順序進(jìn)行，依據(jù)工藝規(guī)則和工藝方案形成自動工藝決策結(jié)果；(3)基于特征表達(dá)工藝決策結(jié)果形式為:每道工序包含若干工步，每個工步下包含若干操作，每個操作與一個加工特征相對應(yīng)，特征里含有特征的操作類型、加工策略及切削參數(shù)。所述的基于特征的自動數(shù)控編程方法為:(I)基于特征表達(dá)與自動編程相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:特征的幾何尺寸、生成刀軌所需的驅(qū)動幾何、刀軌起始點(diǎn)與終止點(diǎn)和刀軌避讓幾何，工藝信息包括:加工特征的刀具信息、特征的加工精度和刀軌策略；(2)通過特征識別提取加工特征，輸出包含幾何信息與工藝信息的特征識別結(jié)果;(3)基于特征識別結(jié)果的幾何信息以及工藝決策結(jié)果的工藝信息，自動生成每個加工特征的刀軌；(4)以特征為單位生成每個特征的加工刀軌的刀位文件，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，標(biāo)記相應(yīng)的信息。所述的基于特征的后置處理步驟包括:(I)在數(shù)控程序中基于特征表達(dá)與后置處理相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息指:特征的幾何中的線的類型:直線、圓弧、圓錐曲線、自由曲線，以及面的類型:平面，直紋面，自由曲面，工藝信息中指加工對應(yīng)特征時的數(shù)控加工操作類型；(2)后置處理中所考慮的數(shù) 控系統(tǒng)的特性，包含了加速度特性、插補(bǔ)精度特性和刀柄補(bǔ)償控制參數(shù)類型；(3)基于特征幾何與工藝信息，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，對刀位點(diǎn)進(jìn)行擬合形成數(shù)控系統(tǒng)支持的多項(xiàng)式插補(bǔ)方法，并優(yōu)化進(jìn)給速度以適應(yīng)復(fù)雜的數(shù)控加工工況。所述的基于特征的加工過程控制的步驟包括:(I)基于特征表達(dá)與加工過程控制相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:轉(zhuǎn)角信息和驅(qū)動幾何信息，工藝信息為:加工刀具、切削參數(shù)、監(jiān)測策略和檢測策略；(2)根據(jù)特征的幾何信息與工藝信息以及處理策略，進(jìn)行在線監(jiān)測，并基于人工智能方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的處理；(3)記錄加工過程中的數(shù)據(jù)指加工過程中實(shí)際的切削參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)行功率、加工過程中出現(xiàn)的刀具磨損及顫振；以特征為單元組織以上數(shù)據(jù)。所述的基于特征的在線檢測包括以下步驟:(I)基于特征表達(dá)與檢測相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:檢測特征的面類型、曲率變化、面積、法向和中間加工狀態(tài)的理論幾何模型；工藝信息為:加工精度；(2)基于特征的幾何信息與工藝信息構(gòu)建檢測特征的檢測點(diǎn)的生成規(guī)則，基于特征生成檢測特征的檢測點(diǎn)，并考慮檢測特征的中間狀態(tài)優(yōu)化檢測軌跡，生成檢測文件；(3)安裝探頭進(jìn)行在線檢測，記錄檢測結(jié)果及分析結(jié)果，并基于特征進(jìn)行組織，反饋給工藝部門，作為工藝優(yōu)化的依據(jù)。所述的基于特征的加工工藝優(yōu)化模型考慮特征的幾何信息與工藝信息，其中，幾何信息指:作為剛性重要考量的特征的幾何尺寸、特征構(gòu)成幾何元素的厚度以及高度。
所述的基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫時所依據(jù)的幾何信息包括轉(zhuǎn)角位置、轉(zhuǎn)角大小等；工藝信息包括切削余量、切深、切寬主進(jìn)給速度；機(jī)床的動態(tài)特性包括機(jī)床的加速度、加加速度和轉(zhuǎn)彎性能，基于幾何信息、工藝信息與機(jī)床的動態(tài)特性，預(yù)測機(jī)床運(yùn)動過程中的實(shí)際進(jìn)給速度，并結(jié)合切削力預(yù)測由于切削力的變化造成的進(jìn)給速度的變化，進(jìn)而精確預(yù)測進(jìn)給速度，然后基于刀具軌跡算出加工工時。所述面向?qū)ο笠约盎诒倔w的特征表示方法為:(I)首先定義特征本體，特征本體包含特征的唯一標(biāo)識、標(biāo)識面以及可能成為標(biāo)識面的種子標(biāo)識面，定義種子標(biāo)識面是由于在制造過程中特征的衍變，特征有可能會被分解；(2)基于特征的本體衍生出各個應(yīng)用領(lǐng)域的特征類，類繼承了本體的屬性，類中包含幾何信息和工藝信息，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，定義不同的幾何信息和工藝信息，從而實(shí)現(xiàn)整個制造過程的信息集成及傳遞。本發(fā)明的有益效果:
(I)基于本體和面向?qū)ο蟮姆椒ū磉_(dá)特征不同階段不同應(yīng)用視圖下的信息，使不同階段不同應(yīng)用視圖的信息有效集成。(2)本發(fā)明有效地集成了制造知識和經(jīng)驗(yàn)，減少了制造過程對人的經(jīng)驗(yàn)的依賴性。(3)本發(fā)明能夠使制造過程的信息進(jìn)行有效地數(shù)字化表達(dá)，加工過程的信息能夠有效集成，整個制造過程形成了閉環(huán)控制。(4)本發(fā)明有利于生產(chǎn)信息的管理，為企業(yè)開展知識工程提供了信息保障。(5)本發(fā)明有利于生產(chǎn)過程的自動化和智能性，提高了生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。


圖1.基于特征的制造方法流程圖。圖2.Ca)典型雙面飛機(jī)結(jié)構(gòu)件正面；(b)典型雙面飛機(jī)結(jié)構(gòu)件反面。圖3.槽特征工藝決策所需信息文件截圖。圖4.槽特征工藝決策結(jié)果信息文件截圖。圖5.槽特征自動編程所需信息文件截圖。圖中，I表示槽、2表示筋、3表示孔、4表示輪廓。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。一種基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法，通過基于特征來表達(dá)整個制造過程中零件的幾何與工藝信息，以特征作為制造知識和經(jīng)驗(yàn)的載體，實(shí)現(xiàn)信息的有效集成，為了在整個制造過程中保持特征的有效性以及特征衍變的連貫性，采用面向?qū)ο笠约盎诒倔w的方法表示特征:(I)定義特征的本體以及各應(yīng)用領(lǐng)域特征的類；(2)基于全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識別，從三維數(shù)字模型中提取零件的幾何信息與工藝信息，三維數(shù)字模型中不包含的信息通過相關(guān)文件獲取，所有特征都按照特征類別與序號進(jìn)行唯一標(biāo)識，即特征標(biāo)識=特征類別+序號，以此標(biāo)識作為不同應(yīng)用間特征關(guān)聯(lián)的工具；若在制造過程中特征被分解，則特征標(biāo)識=分解標(biāo)識+特征類別+序號+分解
子序號。本發(fā)明基于特征表達(dá)整個制造過程中零件的幾何與工藝信息，為了適應(yīng)不同應(yīng)用領(lǐng)域且在整個制造過程中保持特征的有效性以及特征衍變的連貫性，采用面向?qū)ο笠约盎诒倔w的方法表示特征，以此為基礎(chǔ)，基于特征進(jìn)行自動工藝決策、自動數(shù)控編程、后置處理、加工過程控制、在線檢測、工藝優(yōu)化及工時預(yù)測，該方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn):(I)定義特征的本體以及各應(yīng)用領(lǐng)域特征的類；(2)基于全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識別，從三維數(shù)字模型中提取零件的幾何信息與工藝信息，三維數(shù)字模型中不包含的信息通過相關(guān)文件獲取，所有特征都按照特征類別與序號進(jìn)行唯一標(biāo)識，即特征標(biāo)識=特征類別+序號，以此標(biāo)識作為不同應(yīng)用間特征關(guān)聯(lián)的工具；若在制造過程中特征被分解，則特征標(biāo)識=分解標(biāo)識+特征類別+序號+分解子序號；(3)基于特征構(gòu)建加工工藝優(yōu)化模型，優(yōu)化模型的因素包含特征的幾何信息、刀具的信息、機(jī)床信息和工件的材料信息，優(yōu)化模型的約束為切削力和振動，優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)為加工效率、加工質(zhì)量和加工成本，優(yōu)化的項(xiàng)目為切深、切寬和進(jìn)給速度，建立基于特征的切削參數(shù)庫；面向應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建基于特征的切削試驗(yàn)試件三維模型，包含典型特征及其典型組合，作為驗(yàn)證加工工藝的標(biāo)準(zhǔn)樣件；(4)基于特征表達(dá)與工藝決策相關(guān)的幾何信息與工藝信息，為自動工藝決策提供完整的信息支撐，基于特征表達(dá)工藝規(guī)則及工藝方案，進(jìn)而基于特征進(jìn)行自動工藝決策，基于特征表達(dá)自動工藝決策的結(jié)果；(5)基于特征表達(dá)與數(shù)控編程相關(guān)的幾何信息與工藝信息，同時將自動工藝決策的結(jié)果也作為自動編程的依據(jù)，進(jìn)而基于特征自動生成加工刀軌，基于特征表達(dá)自動編程的結(jié)果；·(6)基于特征表達(dá)與后置處理相關(guān)的幾何與工藝信息，以自動編程的結(jié)果為依據(jù)，考慮數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，進(jìn)行基于特征的后置處理，基于特征表達(dá)后置處理的結(jié)果，形成數(shù)控程序；(7)基于特征表達(dá)加工過程控制相關(guān)的幾何信息與工藝信息，表達(dá)加工過程中各種問題的處理策略，基于特征進(jìn)行加工過程的狀態(tài)監(jiān)測，加工過程中進(jìn)行智能自適應(yīng)調(diào)整，基于特征記錄加工過程中的數(shù)據(jù)，供工藝優(yōu)化使用；(8)基于特征的幾何信息和工藝信息形成檢測點(diǎn)生成規(guī)范，基于特征的幾何信息優(yōu)化在線檢測的檢測點(diǎn)的測頭姿態(tài)矢量以及檢測軌跡，基于特征形成檢測分析結(jié)果，作為優(yōu)化加工工藝的依據(jù)；(9)基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫，工時樣本庫中包含與工時相關(guān)的特征的幾何信息以及零件工時，以特征幾何信息與工藝信息作為輸入，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在沒有零件數(shù)控程序的前提下預(yù)測待加工零件的工時，作為零件加工對外報價以及生產(chǎn)計劃安排的依據(jù)；( 10)在基于特征的數(shù)控程序中加入特征的幾何信息與工藝信息，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的動態(tài)特性以及切削過程中的切削力，精確預(yù)測每一個工序的數(shù)控加工工時，作為機(jī)床調(diào)度的依據(jù)；
(11)構(gòu)建特征幾何信息與工藝信息向機(jī)床性能參數(shù)的映射模型，基于特征分析滿足加工零件所需機(jī)床的性能參數(shù)，提供面向應(yīng)用的機(jī)床設(shè)計；所述面向?qū)ο笠约盎诒倔w的特征表示方法為:(I)首先定義特征本體，特征本體包含特征的唯一標(biāo)識、標(biāo)識面以及可能成為標(biāo)識面的種子標(biāo)識面，定義種子標(biāo)識面是由于在制造過程中特征的衍變，特征有可能會被分解；(2)基于特征的本體衍生出各個應(yīng)用領(lǐng)域的特征類，類繼承了本體的屬性，類中包含幾何信息和工藝信息，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，定義不同的幾何信息和工藝信息，從而實(shí)現(xiàn)整個制造過程的信息集成及傳遞。所述基于特征的工藝決策步驟為:(I)基于特征表達(dá)與工藝決策相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:特征的幾何尺寸、位置、幾何結(jié)構(gòu)、特征所允許的最大刀具直徑，工藝信息為:材料、毛坯形式、力口工余量、加工精度等；(2)基于特征的工藝決策按照機(jī)床決策、加工順序決策、加工方法決策及切削參數(shù)決策的順序進(jìn)行，依據(jù)工藝規(guī)則和工藝方案形成自動工藝決策結(jié)果；(3)基于特征表達(dá)工藝決策結(jié)果形式為:每道工序包含若干工步，每個工步下包含若干操作，每個操作與一個加工特征相對應(yīng)，特征里含有特征的操作類型、加工策略及切削參數(shù)。所述基于特征的自動編程方法為:(I)基于特征 表 達(dá)與自動編程相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:特征的幾何尺寸、生成刀軌所需的驅(qū)動幾何、刀軌起始點(diǎn)與終止點(diǎn)、刀軌避讓幾何等，工藝信息包括:加工特征的刀具信息、特征的加工精度、刀軌策略等；(2)通過特征識別提取加工特征，輸出包含幾何信息與工藝信息的特征識別結(jié)果;(3)基于特征識別結(jié)果的幾何信息以及工藝決策結(jié)果的工藝信息，自動生成每個加工特征的刀軌；(4)以特征為單位生成每個特征的加工刀軌的刀位文件，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，標(biāo)記相應(yīng)的信息。所述基于特征的后置處理步驟為:(I)在數(shù)控程序中基于特征表達(dá)與后置處理相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息指:特征的幾何中的線的類型:直線、圓弧、圓錐曲線、自由曲線，以及面的類型:平面，直紋面，自由曲面，工藝信息中指加工對應(yīng)特征時的數(shù)控加工操作類型；(2)后置處理中所考慮的數(shù)控系統(tǒng)的特性，包含了加速度特性、插補(bǔ)精度特性、刀柄補(bǔ)償控制等參數(shù)類型；(3)基于特征幾何與工藝信息，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，對刀位點(diǎn)進(jìn)行擬合形成數(shù)控系統(tǒng)支持的多項(xiàng)式插補(bǔ)方法，并優(yōu)化進(jìn)給速度以適應(yīng)復(fù)雜的數(shù)控加工工況。所述基于特征的加工過程控制的步驟為:(I)基于特征表達(dá)與加工過程控制相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:轉(zhuǎn)角信息、驅(qū)動幾何信息等，工藝信息為:加工刀具、切削參數(shù)、監(jiān)測策略、檢測策略等；
(2)根據(jù)特征的幾何信息與工藝信息以及處理策略，進(jìn)行在線監(jiān)測，并基于人工智能方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的處理；(3)記錄加工過程中的數(shù)據(jù)指加工過程中實(shí)際的切削參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)行功率、加工過程中出現(xiàn)的各種問題如刀具磨損、顫振等；以特征為單元組織以上數(shù)據(jù)。所述基于特征的在線檢測包括以下步驟:(I)基于特征表達(dá)與檢測相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:檢測特征的面類型、曲率變化、面積、法向、中間加工狀態(tài)的理論幾何模型等；工藝信息為:加工精度；(2)基于特征的幾何信息與工藝信息構(gòu)建檢測特征的檢測點(diǎn)的生成規(guī)則，基于特征生成檢測特征的檢測點(diǎn)，并考慮檢測特征的中間狀態(tài)優(yōu)化檢測軌跡，生成檢測文件；(3)安裝探頭進(jìn)行在線檢測，記錄檢測結(jié)果及分析結(jié)果，并基于特征進(jìn)行組織，反饋給工藝部門，作為工藝優(yōu)化的依據(jù)。所述基于特征 的加工工藝優(yōu)化模型考慮特征的幾何信息與工藝信息，其中，幾何信息指:特征的幾何尺寸、特征構(gòu)成幾何元素的厚度以及高度，這些因素是剛性的重要考量。所述基于特征的精確加工工時預(yù)測方法中，幾何信息指特征的轉(zhuǎn)角位置、轉(zhuǎn)角大小；工藝信息指切削余量、切深、切寬、進(jìn)給速度；機(jī)床的動態(tài)特性包括機(jī)床的加速度、加加速度、轉(zhuǎn)彎性能，基于幾何信息、工藝信息與機(jī)床的動態(tài)特性，預(yù)測機(jī)床運(yùn)動過程中的實(shí)際進(jìn)給速度，并結(jié)合切削力預(yù)測由于切削力的的變化造成的進(jìn)給速度的變化，進(jìn)而精確預(yù)測進(jìn)給速度，然后幾何刀具軌跡算出加工工時。詳述如下:如圖1-5所示。一種基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法及系統(tǒng)，其總體流程如圖1所示，以一個典型的雙面飛機(jī)結(jié)構(gòu)件為例，說明基于特征的制造方法的具體實(shí)施過程。如圖2所示，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特征可分為槽1、筋2、孔3、輪廓4，槽特征的標(biāo)識為P0001，筋特征的標(biāo)識為R0001，孔特征的標(biāo)識為H0001，輪廓特征的標(biāo)識為R)001，字母后面的數(shù)字按照每一個特征在所在特征類別的序號確定。各特征分解后的子特征標(biāo)識為:槽分解特征的標(biāo)識為ZP0001-001，筋分解特征的標(biāo)識為ZR0001-001，孔分解特征的標(biāo)識為ZH0001-001，輪廓分解特征的標(biāo)識為ZF0001-001 ;槽特征的標(biāo)識面為腹板面，種子標(biāo)識面為側(cè)面，筋特征的標(biāo)識面為筋頂面，種子標(biāo)識面為筋側(cè)面，孔特征的標(biāo)識面為孔壁面，種子標(biāo)識面為孔上下頂面，對于輪廓特征，標(biāo)記最大的輪廓面為標(biāo)識面，其余面均作為種子標(biāo)識面。下面主要以槽特征為例說明整個過程，其余特征都類似。定義特征的本體以及各應(yīng)用領(lǐng)域特征的類:首先定義特征本體，特征本體包含特征的唯一標(biāo)識、標(biāo)識面以及可能成為標(biāo)識面的種子標(biāo)識面，定義種子標(biāo)識面是由于在制造過程中特征的衍變，特征有可能會被分解；所有特征都按照特征類別與序號進(jìn)行唯一標(biāo)識，即特征標(biāo)識=特征類別+序號，以此標(biāo)識作為不同應(yīng)用間特征關(guān)聯(lián)的工具；若在制造過程中特征被分解，則特征標(biāo)識=分解標(biāo)識+特征類別+序號+分解子序號；例如圖2中典型雙面飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的槽I的標(biāo)識為P0001，該槽特征的標(biāo)識面為槽特征的腹板面；
基于特征的本體衍生出各個應(yīng)用領(lǐng)域的特征類，類繼承了本體的屬性，類中包含幾何信息和工藝信息，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，定義不同的幾何信息和工藝信息，從而實(shí)現(xiàn)整個制造過程的信息集成及傳遞。主要的幾種應(yīng)用領(lǐng)域特征定義如下:與工藝決策相關(guān)的槽特征的幾何信息為:槽腹板的中心位置、槽的面積、深度、轉(zhuǎn)角半徑、所允許的最大刀具直徑、加工面的最大傾角；工藝信息為:材料、毛坯形式為精鍛件、粗加工余量、加工精度；與自動編程相關(guān)的槽特征的幾何信息為:槽特征的深度，槽特征加工操作的驅(qū)動面，比如側(cè)壁加工的一周側(cè)壁面，刀軌起始點(diǎn)與終止點(diǎn)，中間的凸臺避讓幾何等，工藝信息包括:槽特征的加工刀具、精度、刀軌的進(jìn)退刀策略、切削策略等；基于全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識別，從三維數(shù)字模型中提取零件的幾何信息與工藝信息，三維數(shù)字模型中不包含的信息通過相關(guān)文件獲??；特征識別結(jié)果以XML(extensible Markup Language,可擴(kuò)展的標(biāo)記語言)文件形式進(jìn)行保存,方便后續(xù)步驟的調(diào)用。以圖2典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件槽特征I為例，識別結(jié)果如圖5的XML文件所示，其中包括槽的序號，槽的軸向，槽的轉(zhuǎn)角半徑，底角半徑，槽特征的所有層，各個層的頂點(diǎn)，層高，層的轉(zhuǎn)角和底角半徑，腹板面、側(cè)面、頂面和底角面在CAD模型中的唯一標(biāo)識值等信息；基于特征表達(dá)與工藝決策相關(guān)的幾何信息與工藝信息，為自動工藝決策提供完整的信息支撐。由于從零件模型中提取的加工特征僅是特定幾何形狀與加工信息之間的靜態(tài)對應(yīng)關(guān)聯(lián)，而各加工階段之間存在動態(tài)關(guān)聯(lián)。為避免僅采用靜態(tài)的加工特征，影響工藝決策結(jié)果的準(zhǔn)確性，對特征加工過程的狀態(tài)進(jìn)行構(gòu)造，運(yùn)用了基于特征加工過程狀態(tài)的工藝決策方法，實(shí)現(xiàn)工藝方案的動態(tài)和整體優(yōu)化。最后，基于特征表達(dá)自動工藝決策的結(jié)果。a、特征加工過程的 狀態(tài)構(gòu)造方法以自動識別的特征結(jié)果文件為基礎(chǔ)，由三個步驟組成:構(gòu)造特征加工工藝方案結(jié)構(gòu)，提取狀態(tài)監(jiān)測位置和計算特征加工過程狀態(tài)。構(gòu)造特征加工工藝方案結(jié)構(gòu)是指從典型的零件級工藝方案中提取出與該特征相關(guān)的工藝規(guī)程結(jié)構(gòu)及典型工藝參數(shù)。提取狀態(tài)監(jiān)測位置信息是指按照特征加工工藝方案結(jié)構(gòu)，提取相應(yīng)加工區(qū)域，并進(jìn)行幾何分析，得到能夠反映在工藝方案下特征切削狀態(tài)的關(guān)鍵切削位置點(diǎn)，作為IPS(Interim Process State,中間加工狀態(tài))的加工狀態(tài)計算輸入。計算特征加工過程狀態(tài)是在確定計算位置之后，結(jié)合工藝參數(shù)信息，對關(guān)鍵切削位置點(diǎn)的切削狀態(tài)進(jìn)行計算，最終完成特征加工過程狀態(tài)的構(gòu)造。b、基于特征加工過程狀態(tài)的工藝決策按照機(jī)床決策、加工特征排序決策、加工方法決策及切削參數(shù)決策的順序進(jìn)行。在特征加工過程狀態(tài)的基礎(chǔ)上，首先對信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分層，歸納縱向約束、橫向兩種關(guān)系類型，從屬、對應(yīng)、引用、順序、傳遞、制約共六種約束關(guān)系來描述加工過程狀態(tài)內(nèi)部的復(fù)雜工藝關(guān)系。建立加工過程狀態(tài)工藝約束關(guān)系分析方法，將工藝方案的決策與優(yōu)化轉(zhuǎn)化為六種關(guān)系的分析與處理。基于加工過程狀態(tài)的工藝決策方法能夠以實(shí)際的加工過程狀態(tài)為推理依據(jù)，并在追求局部優(yōu)化的同時，兼顧了特征加工的整體優(yōu)化性。工藝決策中加工特征排序決策分為機(jī)床級排序、裝夾級排序和操作級排序。通過將加工知識及經(jīng)驗(yàn)以規(guī)則的形式融入排序過程中，很好地解決了包含自由形狀曲面的相交特征引起的加工特征排序難題。C、基于特征表達(dá)工藝決策結(jié)果形式為:每道工序包含若干工步，每個工步下包含若干操作，每個操作與一個加工特征相對應(yīng)，特征里含有特征的操作類型、加工策略及切削參數(shù)。以圖2所示典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件正面精加工為例來說明工藝決策結(jié)果。精加工共包含四個工步:精銑筋頂、槽腹板、內(nèi)型，精銑轉(zhuǎn)角，鉆孔，銑外輪廓。由于使用同一把刀具精銑筋頂、槽腹板和內(nèi)型，所以將它們放在同一工步中，每一工步對應(yīng)相應(yīng)的加工特征。特征間的加工順序按照筋、槽腹板、槽內(nèi)型、轉(zhuǎn)角、孔、輪廓的順序進(jìn)行排列。同一特征的排序按照空刀路徑最短原則進(jìn)行排序。槽I在所有槽特征中第四個加工。以槽I為例說明操作類型和切削參數(shù)決策結(jié)果，該操作類型為Pocketing，位于工步I中，第4個Pocketing操作，該槽的加工策略為由內(nèi)向外加工，切深2mm，切寬10mm，高速圓角0.5mm,進(jìn)給速度2500mm/min,主軸轉(zhuǎn)速9000r/min,切削層數(shù)為2層。基于特征構(gòu)建加工工藝優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)多切削參數(shù)組的優(yōu)化。工藝優(yōu)化模型包括特征的幾何信息、刀具信息、機(jī)床信息和工件的材料信息。在切削加工中，將切削速度、切削深度、進(jìn)給速度定為切削用量 三要素。因此工藝優(yōu)化主要是指求出最優(yōu)的切削速度、切削深度和進(jìn)給速度。除此之外，還包括刀具的選擇等。工藝優(yōu)化的目標(biāo)為加工效率、加工質(zhì)量和加工成本。根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)建立相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，即最高生產(chǎn)效率目標(biāo)函數(shù)、加工質(zhì)量最高目標(biāo)函數(shù)和最低加工成本目標(biāo)函數(shù)。最高生產(chǎn)效率目標(biāo)函數(shù)的主要影響因素有:工序切削時間、換刀時間、裝夾時間和其他輔助時間。其中影響工序切削時間的主要因素為:切削深度、切削寬度、切削速度、進(jìn)給速度等；影響換刀時間的因素為一次換刀時間和換刀次數(shù)，刀具耐用度又影響了換刀次數(shù)。對這些因素建立相應(yīng)的影響系數(shù)，通過將所有因素整合統(tǒng)一，建立最高生產(chǎn)效率目標(biāo)函數(shù)；加工質(zhì)量最高目標(biāo)函數(shù)的影響因素有:零件材料性能、切削速度、進(jìn)給速度等。同樣為影響因素建立影響系數(shù)，建立目標(biāo)函數(shù)。最低加工成本目標(biāo)函數(shù)的影響因素有:毛坯費(fèi)用、在切削時間內(nèi)所需費(fèi)用、刀具成本、在裝夾時間內(nèi)所需費(fèi)用和在輔助時間內(nèi)所需費(fèi)用。為影響因素建立影響系數(shù)，最終建立最低成本目標(biāo)函數(shù)。按照三個優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對切削參數(shù)和刀具進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化過程中需要考慮的約束條件為:①安全約束，即切削力、切削扭矩等不能超過機(jī)床、刀具、夾具和工件的允許范圍；②能力約束，即主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、主軸加速度、進(jìn)給加速度等不能超過機(jī)床的性能指標(biāo)；③質(zhì)量約束，工藝優(yōu)化后，工件必須滿足給定的加工精度和表面質(zhì)量；④振動約束，加工過程中，刀具、工件、機(jī)床不能出現(xiàn)明顯的振動。建立基于特征的切削參數(shù)庫，存儲基于特征工藝優(yōu)化模型優(yōu)化的切削參數(shù)，供自動工藝決策參考使用。最后，面向應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建基于特征的切削試驗(yàn)試件三維模型，作為驗(yàn)證加工工藝的標(biāo)準(zhǔn)樣件。其中三位模型包括典型特征及其典型組合。基于特征表達(dá)與數(shù)控編程相關(guān)的幾何信息與工藝信息，同時將自動工藝決策的結(jié)果也作為自動編程的依據(jù)，進(jìn)而基于特征自動生成加工刀軌，基于特征表達(dá)自動編程的結(jié)果；基于特征的自動數(shù)控編程算法主要包括驅(qū)動信息獲取、刀軌生成、加工仿真和后置處理。驅(qū)動信息包括驅(qū)動幾何信息、加工方式及參數(shù)信息、進(jìn)給方式及參數(shù)信息三類。其中，加工方式及參數(shù)、進(jìn)給方式及參數(shù)通過數(shù)字、字母等數(shù)據(jù)形式直接給出，而驅(qū)動幾何則隱含在加工特征的幾何信息中，需經(jīng)處理轉(zhuǎn)換為刀軌生成算法可直接使用的數(shù)據(jù)形式。不同特征加工刀軌生成算法所需驅(qū)動幾何不同。在此以典型槽腹板加工為例，闡述加工特征重構(gòu)的過程。加工方式及參數(shù)主要包括:刀軌類型(Tool Path Style),切削方向(DirectionOf Cut)，加工精度(Machining Tolerance)，刀具(Tool)，刀具直徑D，刀具底齒半徑Re，刃長 Lc,刀具工作長度 L,切寬(Radial Distance Between Path),切深(Axial MaximumDepth Of Cut),圓角半徑(Corner Radius),圓角圓弧圓心角(Limit Angle),圓角切向延伸長度(Extra Segment overlap),過渡圓弧半徑(Transition Radius),過渡角(Transition Angle),過渡線長(Transition Length),圓角減速率(Reduction Rate),圓角角最小圓心角(Minimum Angle),圓角減速最大半徑(Maximum Radius),圓角減速預(yù)置距離(Distance Before Corner)，圓角減速撤銷距離(Distance After Corner)。進(jìn)給方式及參數(shù)主要包括:進(jìn)刀方式(Approach),螺旋直徑(Horizontal SafetyDistance),螺旋高度(Vertical Safety Distance),螺旋角(Ramping Angle),進(jìn)刀速度(Approach Feed Speed),退刀方式(Retract),退刀圓弧圓心角(Angular Sector),退刀圓弧朝向(Orientation),退刀圓弧半徑(Radius),退刀速度(Retract Feed Speed),加工速度(Machining Feed Speed),主軸轉(zhuǎn)速(Spindle Speed)。采用基于環(huán)分析的方法生成驅(qū)動幾何。該方法解決了腹板精加工區(qū)域創(chuàng)建中曲線裁剪的分類情況多、裁剪后線段取舍判斷復(fù)雜且易出錯的問題；能夠?qū)﹂]角、開閉角并存及共側(cè)面等類型的槽特征腹板加工區(qū)域創(chuàng)建進(jìn)行統(tǒng)一計算，算法通用性好，有效地提高了腹板精加工編程的效率。該方法具體步驟如下:①將槽特征的廣義側(cè)面和廣義底面的外環(huán)邊界向腹板面投影；②通過投影得到包含直線、圓弧和樣條曲線的平面封閉輪廓；③用直線段逼近投影曲線段，對所有直線段求交分割；④為了環(huán)分析矢量旋轉(zhuǎn)的需要，將平面封閉輪廓離散成一系列直線段，并對其求交分割生成只包含直線段的平面封閉輪廓；⑤采用直線段旋轉(zhuǎn)法對只包含直線段的平面封閉輪廓進(jìn)行分析，得到所有封閉的環(huán)；⑥從所有環(huán)中搜索處目標(biāo)環(huán)；⑦根據(jù)目標(biāo)環(huán)計算腹板精加工區(qū)域，得到驅(qū)動幾何。通過以上的驅(qū)動信息，利用成熟的刀軌算法生成數(shù)控程序。在數(shù)控程序中給不同的刀位點(diǎn)分段插入線的類型，即直線、圓弧、圓錐曲線、自由曲線，以及面的類型，即平面，直紋面，自由曲面等幾何信息，同時插入加工對應(yīng)特征時的數(shù)控加工操作類型等工藝信息；后置處理中所考慮的數(shù)控系統(tǒng)的特性，包含了加速度特性、插補(bǔ)精度特性、刀柄補(bǔ)償控制等參數(shù)類型；基于特征幾何與工藝信息，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，對刀位點(diǎn)進(jìn)行擬合形成數(shù)控系統(tǒng)支持的多項(xiàng)式插補(bǔ)方法，并優(yōu)化進(jìn)給速度以適應(yīng)復(fù)雜的數(shù)控加工工況?；谔卣鞯暮笾锰幚戆韵虏襟E:步驟一、基于特征表達(dá)與后置處理相關(guān)的幾何和工藝信息。在CAM軟件的刀軌生成過程中，得到并標(biāo)識刀軌所在特征的ID (IDentification)，依據(jù)刀軌所對應(yīng)的驅(qū)動幾何信息，標(biāo)識刀軌語句段屬于直線刀軌或者曲線刀軌，在刀軌語句段中添加原始加工操作類
型信息。步驟二、在后置處理中輸入離散刀軌點(diǎn)位，依據(jù)上述信息判定刀軌點(diǎn)位屬于刀軌段的幾何類型，對于屬于直線刀軌的離散刀軌點(diǎn)位直接輸出直線插補(bǔ)的NC (NumericalControl)程序，對于屬于圓弧刀軌的離散刀軌點(diǎn)位直接輸出圓弧插補(bǔ)的NC程序。步驟三、針對屬于曲線的刀軌點(diǎn)位(需至少采用五個點(diǎn)位進(jìn)行擬合)通過代入圓錐曲線方程的常規(guī)表達(dá)方程Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+1=0進(jìn)行擬合，式中x、y為參數(shù)，系數(shù)A、B、
C、D、E均為實(shí)數(shù)且A、B、C均不為零。步驟四、將擬合的曲線和原來的點(diǎn)位進(jìn)行比較，算出擬合誤差，若擬合誤差超出規(guī)定值，則擬合的曲線段結(jié)束，可直接代入預(yù)先編制好的對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線程序中產(chǎn)生相應(yīng)的NC程序，然后重新輸入離散刀軌點(diǎn)位進(jìn)行擬合，即重復(fù)第二步到第四步，直至整個曲線段均有對應(yīng)的NC程序輸出為止。步驟二、點(diǎn)位文件中都是離散的刀軌點(diǎn)位，算法依次讀取點(diǎn)位，不斷生成NC程序。每讀取一個離散點(diǎn)位系 統(tǒng)都會進(jìn)行判定，設(shè)當(dāng)前輸入點(diǎn)位為Pi，系統(tǒng)會根據(jù)Pi所處的驅(qū)動幾何關(guān)鍵詞來判斷Pi點(diǎn)位所處刀軌是直線或者曲線。步驟三、經(jīng)過判斷之后如果Pi處在直線或者圓弧刀軌，并且Pi之前的點(diǎn)位處在曲線(非圓弧)刀軌，則輸出Pi之前的曲線插補(bǔ)NC程序，然后輸出Pi所對應(yīng)的直線或者圓弧插補(bǔ)NC程序，然后轉(zhuǎn)步驟二。NC程序中直線和圓弧插補(bǔ)的程序示例如下:步驟四、若點(diǎn)位屬于曲線刀軌的部分，需繼續(xù)輸入點(diǎn)位Pi，直到待擬合的點(diǎn)位多于5個，針對屬于曲線段的離散刀軌點(diǎn)位進(jìn)行擬合，得到圓錐曲線的常規(guī)形式方程。圓錐曲線方程的常規(guī)表達(dá)方式為Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+1=0，x、y為參數(shù)且A、B、C、
D、E均為實(shí)數(shù)，且A、B、C均不為零。此形式下包含了橢圓，雙曲線和拋物線三種形式。利用此方程對點(diǎn)位進(jìn)行最小二乘擬合，以得到方程中的各系數(shù)。步驟五、由于不同數(shù)控系統(tǒng)NC程序輸入的要求不同，需要對方程進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)換。步驟六、對擬合曲線進(jìn)行誤差判定。當(dāng)擬合點(diǎn)位增多時，擬合曲線與點(diǎn)位間的誤差可能增大，這時需要以新的點(diǎn)位開始擬合曲線。誤差判定采用離散刀軌點(diǎn)位到所擬合曲線的最小距離表示。若擬合的誤差大于所設(shè)定的誤差，則輸出最后生成的誤差以內(nèi)的擬合曲線相應(yīng)的圓錐曲線插補(bǔ)NC程序，并返回步驟二。步驟七、若擬合的誤差小于所設(shè)定的誤差，則返回步驟二，重新添加新的點(diǎn)位。若新的點(diǎn)位屬于直線刀軌，轉(zhuǎn)入步驟三，判斷是否已輸出最后擬合的圓錐曲線NC程序，并輸出直線插補(bǔ)NC程序；若新的點(diǎn)位屬于曲線刀軌，則轉(zhuǎn)入步驟四，繼續(xù)擬合曲線。生成基于特征表達(dá)的加工過程控制文件，包括幾何信息:轉(zhuǎn)角信息、驅(qū)動幾何信息等，以及工藝信息:加工刀具、切削參數(shù)、監(jiān)測策略、檢測策略等；根據(jù)特征的幾何信息與工藝信息以及處理策略，進(jìn)行在線監(jiān)測，并基于人工智能方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的處理；記錄加工過程中的數(shù)據(jù)指加工過程中實(shí)際的切削參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)行功率、加工過程中出現(xiàn)的各種問題如刀具磨損、顫振等；以特征為單元組織以上數(shù)據(jù)。步驟一、基于特征組織與加工過程相關(guān)的幾何工藝信息，形成加工過程控制信息?；谔卣鹘M織幾何工藝信息包括特征類型、使用的刀具、走刀策略、切寬、切深、主軸轉(zhuǎn)速、步驟二、根據(jù)加工過程控制信息對加工過程進(jìn)行在線監(jiān)測，并基于人工智能方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的處理。步驟三、記錄加工過程中的數(shù)據(jù)，包括加工過程中實(shí)際的切削參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)行功率、加工過程中出現(xiàn)的各種問題如刀具磨損、顫振等；最后過程監(jiān)測見過需要以特征為單元進(jìn)行信息的組織，加工的實(shí)際進(jìn)給速度、切深、切寬、運(yùn)行功率等均進(jìn)行曲線表示，以特征為單元進(jìn)行劃分。最后將組織好的加工過程數(shù)據(jù)進(jìn)行反饋，以進(jìn)行工藝優(yōu)化?；谔卣鞅磉_(dá)與檢測相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:檢測特征的面類型、曲率變化、面積、法向、中間加工狀態(tài)的理論幾何模型等；工藝信息為:加工精度；基于特征的幾何信息與工藝信息構(gòu)建檢測特征的檢測點(diǎn)的生成規(guī)則，基于特征生成檢測特征的檢測點(diǎn)，并考慮檢測特征的中間狀態(tài)優(yōu)化檢測軌跡，生成檢測文件；安裝探頭進(jìn)行在線檢測，記錄檢測結(jié)果及分析結(jié)果，并基于特征進(jìn)行組織，反饋給工藝部門，作為工藝優(yōu)化的依據(jù)。所述基于特征表達(dá)的在線檢測方法，該方法包括以下步驟:步驟一、輸入總體信息，定義從零件三維模型中無法獲取的一些信息，包括零件的名稱以及屬性信息，以及每一類檢測特征的默認(rèn)公差信息等，以支持檢測特征識別和檢測數(shù)據(jù)的生成,并以XML中性文件的形式輸出保存；步驟二、根據(jù)定義的檢測特征，對零件進(jìn)行特征識別，所獲得的特征信息以鏈表的形式存儲，而對于不同的特征其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，但其有共同的屬性信息，如公差、特征編號、特征方位等；步驟三、讀入檢測特征信息，可以讀入特征識別保存的特征列表文件，也可以讀入已有的檢測數(shù)據(jù)列表文件，繼續(xù)上一次檢測點(diǎn)編輯結(jié)果繼續(xù)編輯；所讀入的特征應(yīng)包括完整特征信息，為檢測數(shù)據(jù)的生成提供特征信息；步驟四、根據(jù)輸入的特征的幾何信息與工藝信息，在在線檢測檢測點(diǎn)創(chuàng)建規(guī)范框架下，判斷檢測特征的類型，若是“軸”或平面規(guī)則形體，按照等間距檢測點(diǎn)數(shù)與分布的確定方法；若是曲面，則利用基于曲率變化矩陣的曲面檢測點(diǎn)自動創(chuàng)建方法，自動生成在線檢測檢測點(diǎn)；對有特殊的檢測要求的檢測特征，需要人工對自動生成的檢測數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行干預(yù)處理，以獲得滿意的檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)；步驟五、基于檢測狀態(tài)，按檢測操作級、檢測特征級、特征自身級三級，進(jìn)行以特征為單位的在線檢測路徑規(guī)劃；步驟六、對上一步規(guī)劃的檢測路徑進(jìn)行后置處理，將得到檢測特征檢測數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)變換使在設(shè)計坐標(biāo)系下的檢測點(diǎn)數(shù)據(jù)坐標(biāo)變換到檢測坐標(biāo)系下，同時根據(jù)路徑信息和機(jī)床配置信息生成檢測NC代碼和檢測工藝文件，傳輸至數(shù)控機(jī)床進(jìn)行在線檢測；步驟七、利用接觸式電觸式測頭測量檢測點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)，對所獲得實(shí)際坐標(biāo)進(jìn)行誤差補(bǔ)償，得到最終所需要的校正數(shù)據(jù)；

步驟八、將經(jīng)過誤差補(bǔ)償?shù)臄?shù)據(jù)和在線檢測指導(dǎo)文件中的理論值進(jìn)行比較，根據(jù)在線檢測指導(dǎo)文件中的要求進(jìn)行分析、處理，得出完整的檢測結(jié)果和最終的質(zhì)量評價結(jié)論，進(jìn)而評估加工零件是否滿足要求以及調(diào)整策略，檢測結(jié)果也可作為工藝優(yōu)化的依據(jù)?；谔卣鞯纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)工時預(yù)測方法中，幾何信息與工藝信息分別為:幾何信息指整體面積、零件高度、槽、筋、孔、輪廓特征的數(shù)量；工藝信息指零件的材料、加工所需機(jī)床?；谔卣鞯纳窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)工時預(yù)測方法包括以下步驟:步驟一、讀取圖2所示飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的自動特征識別結(jié)果；步驟二、提煉典型加工特征參數(shù)，典型加工特征參數(shù)包括:a.關(guān)于筋特征:對于水平筋頂，影響其加工時間的特征參數(shù)為水平筋頂?shù)募庸を?qū)動線的程度；對于斜筋頂，影響其加工時間的特征參數(shù)為斜筋頂?shù)募庸を?qū)動線長度和斜筋頂?shù)膬A斜角度；對于弧筋頂，影響其加工時間的特征參數(shù)為弧筋頂?shù)募庸を?qū)動線長度；圖2所示為典型筋頂特征示意圖；b.關(guān)于槽特征:對于槽腹板特征，影響其加工時間的特征參數(shù)是腹板的面積，其中若槽中含有凸臺也當(dāng)作腹板面處理；對于槽內(nèi)型，影響其加工時間的特征參數(shù)是內(nèi)型驅(qū)動線長度以及槽高度；對于槽轉(zhuǎn)角，影響其加工時間的特征參數(shù)為轉(zhuǎn)角半徑、轉(zhuǎn)角角度、轉(zhuǎn)角深度； c.關(guān)于輪廓:影響其加工時間的特征參數(shù)為零件輪廓的周長和輪廓的高度；d.關(guān)于圓孔:影響其加工時間的特征參數(shù)為圓孔的半徑和圓孔的深度；e.關(guān)于非圓孔:影響其加工時間的特征參數(shù)為非圓孔的周長和非圓孔的深度；以上特征及其參數(shù)使用特征識別實(shí)現(xiàn)并保存為特征信息。步驟三、提煉影響工時的切削參數(shù)，當(dāng)工件、刀具、機(jī)床等加工資源都確定后，影響生產(chǎn)效率的主要因素為:切削速度、進(jìn)給量、切削深度和切削寬度，對于不同的特征影響的切削參數(shù)如下:對于筋頂特征、槽內(nèi)型特征、孔特征，影響其加工時間的切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切深；對于槽腹板特征、槽轉(zhuǎn)角特征、輪廓特征、非圓孔特征，影響其加工時間的切削參數(shù)為:轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切寬、切深；步驟四、進(jìn)行切削仿真實(shí)驗(yàn)，以特征為研究對象，基于典型的零件加工工藝和提煉的切削參數(shù)，通過不斷的變換特征的尺寸特征，試驗(yàn)過程中記錄不同尺寸的特征的加工時間，形成基于特征的加工時間庫。特征參數(shù)的選取原則如下:a、筋頂:1)對于水平筋頂，它的加工驅(qū)動線長度范圍定為10 1500mm，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中選取的水平筋頂樣本的加工驅(qū)動線長度處在上述范圍，企鵝選取的數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布的要求；2)對于斜筋頂，它的加工驅(qū)動線長度范圍定為10 200mm，傾角范圍定為10 80°，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中選取斜筋頂樣本的加工驅(qū)動線長度和傾角范圍處在上述范圍，且選取的數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布的要求；3)對于弧筋頂，它的加工驅(qū)動線長度范圍定為10 IOOmm從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中選取的弧筋頂樣本的加工驅(qū)動線長度處在上述范圍，且選取的數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布的要求；每一類筋頂特征取50組樣本數(shù)據(jù)；b、槽:1)對于槽腹板，它的面積范圍定位為0.001 0.lm2，選取的槽腹板樣本面積參數(shù)參照正態(tài)分布分布在該范圍；2)對于槽內(nèi)型，槽內(nèi)型驅(qū)動線長度范圍定為100 1200mm，槽內(nèi)型深度定為3 100mm，選取的槽內(nèi)型特征的驅(qū)動線長度和深度按照正態(tài)分布分布在所述范圍，共取60組數(shù)據(jù)；3)對于槽轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角半徑數(shù)據(jù)定為6mm、10mm、12mm、16mm、20mm，夾角數(shù)據(jù)定為30°、45°、60°、75°、90°、120°，轉(zhuǎn)角深度范圍定為3 100mm，深度數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布要求，共取160組槽轉(zhuǎn)角樣本數(shù)據(jù)；C、輪廓:周長范圍為1000 6000mm，輪廓高度定為20 180mm，選取的輪廓的周長和輪廓高度數(shù)據(jù)按照正態(tài)分布分布在上述范圍，選取40組樣本數(shù)據(jù)；d、圓孔:孔徑范圍定為8 80mm,孔深范圍定為3 50mm,選取的孔的直徑數(shù)據(jù)定為:8mm、10mm、20mm、30mm、60mm、80mm,深度數(shù)據(jù)按正態(tài)分布在上述范圍,在不同的加工精度情況下各取50組數(shù)據(jù)；e、非圓孔:非圓孔的周長范圍定為10 1000mm,非圓孔深度定為3 50mm,選取的非圓孔的周長和深度數(shù)據(jù)按照正態(tài)分布分布在該范圍，選取50組樣本數(shù)據(jù)；步驟五、建立特征與特征加工時間對應(yīng)關(guān)系，每一類特征均建立一定數(shù)量的特征實(shí)例。形成典型特征樣本庫。步驟六、基于建立的典型特征樣本庫，以特征為對象建立與之對應(yīng)的BP網(wǎng)絡(luò)。BP網(wǎng)絡(luò)的輸入節(jié)點(diǎn)是每一類特征的幾何特征參數(shù)、相關(guān)切削參數(shù)以及其他可能的影響因素，BP網(wǎng)絡(luò)的輸出即是每一類特征的加工工時。通過特征樣本庫的樣本訓(xùn)練出每一類特征的BP網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行標(biāo)記保存。為預(yù)測新的零件實(shí)例的加工時間，首先獲取該零件的特征，以上述特征幾何參數(shù)和切削參數(shù)作為相應(yīng)已訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，進(jìn)行預(yù)測，BP網(wǎng)絡(luò)的輸出即是特征的加工時間，最后通過累加零件所有特征的加工時間得到零件的總加工時間?；谔卣鞯木_加工工時預(yù)測方法中，幾何信息指特征的轉(zhuǎn)角位置、轉(zhuǎn)角大小；工藝信息指切削余量 、切深、切寬、進(jìn)給速度；機(jī)床的動態(tài)特性包括機(jī)床的加速度、加加速度、轉(zhuǎn)彎性能，基于幾何信息、工藝信息與機(jī)床的動態(tài)特性，預(yù)測機(jī)床運(yùn)動過程中的實(shí)際進(jìn)給速度，并結(jié)合切削力預(yù)測由于切削力的的變化造成的進(jìn)給速度的變化，進(jìn)而精確預(yù)測進(jìn)給速度，然后幾何刀具軌跡算出加工工時?；谔卣鞯木_加工工時預(yù)測方法包括以下步驟:步驟一、讀取對加工零件進(jìn)行自動數(shù)控編程得到的數(shù)控程序；步驟二、組織NC程序以及機(jī)床特性信息。NC程序中以特征為單元組織數(shù)據(jù)，并為每個特征編碼，每個特征包含特征編碼以及加工該特征的NC數(shù)據(jù)。通過特征編碼，可以訪問并調(diào)用NC程序信息。特征編碼下對應(yīng)該特征的加工數(shù)據(jù)，加工數(shù)據(jù)維持現(xiàn)有的NC程序的數(shù)據(jù)格式。每個NC程序文件都有完成該程序所需的機(jī)床。機(jī)床特性信息是以知識庫的形式存儲，分為三個組成部分:機(jī)床庫、數(shù)控系統(tǒng)庫和速度控制方式庫。機(jī)床庫包括機(jī)床名稱、機(jī)床所使用的數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床的性能參數(shù)如最大功率、最大速度、最大加速度等。步驟三、基于特征進(jìn)行幾何工藝信息的組織。幾何工藝信息是以工藝決策的結(jié)果組織數(shù)據(jù)的，即按照工序、工步和操作三級結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)。機(jī)床和刀具信息分別存儲在工序和工步下，這里的機(jī)床信息只包含機(jī)床的簡單描述，包括機(jī)床的名稱、類別等。刀具信息主要描述刀具的代號、材料、結(jié)構(gòu)參數(shù)等。操作信息中包含了特征編碼、進(jìn)退刀速度、加工速度、特征的位置、加工余量、切深和切寬。特征編碼是包含了特征ID (Identification,標(biāo)識)以及執(zhí)行的操作ID，通過進(jìn)退刀速度以及加工速度可以用來區(qū)分加工刀軌和進(jìn)退刀刀軌，加工余量、切深和切寬是確定切削狀態(tài)的依據(jù)。
步驟四、由于數(shù)控編程中切削速度局部值設(shè)置的復(fù)雜性，目前的數(shù)控編程只在關(guān)鍵位置如轉(zhuǎn)角處等設(shè)置了局部切削速度，其他位置則使用全局切削速度，由于實(shí)際加工中切深切寬的不均勻，現(xiàn)代機(jī)床的智能調(diào)節(jié)模塊如Artis會在加工過程中優(yōu)化切削速度。切削所需功率由切削力以及切削速度決定，SP:p=fv式中P為切削所需功率，f為切削力，V為切削速度。切削力跟切削速度、切深、切寬、切削材料、刀具材料和加工方式相關(guān)，其計算可指數(shù)切削力計算模型。在預(yù)測的過程中，切削速度為按照機(jī)床的運(yùn)動特性計算所得的速度，切深需要從特征信息中提取，在實(shí)際切削過程中實(shí)際切寬跟特征中設(shè)定值會有差別，需要根據(jù)零件的加工狀態(tài)計算。為了提高計算效率，切削功率的計算只在有可能出現(xiàn)問題的地方才計算，根據(jù)特征加工的特點(diǎn)，由于筋特征頂面和槽特征腹板的加工是在粗加工之后，余量較大，出現(xiàn)所需功率大的概率比較高，作為計算對象。求出切削過程的切削功率，用計算功率與機(jī)床能夠提供的功率比較，如果計算的功率比機(jī)床能夠提供的功率小，則可以按照NC程序設(shè)定的值運(yùn)行，否則，需要調(diào)整，調(diào)整方法為:根據(jù)功率的計算公式，逐漸減小速度，直到滿足要求。步驟五、基于特征進(jìn)行精確工序級工時計算，數(shù)控工序的加工時間由各個工步的加工時間組成。特征的刀軌包含快速定位刀軌、進(jìn)退刀刀軌和切削刀軌，所以特征的加工時間也由快速定位時間、進(jìn)退刀時 間和切削時間組成。特征的刀軌由快速定位刀軌、進(jìn)退刀刀軌和切削刀軌組成，快速定位刀軌簡單，計算理論時間即可。進(jìn)退刀變化較為復(fù)雜，若利用機(jī)床特性的分析函數(shù)計算，效率較低，由于進(jìn)退刀是特征刀軌策略的一部分，屬于特征承載的知識和經(jīng)驗(yàn)，每種特征都有相應(yīng)的進(jìn)退刀策略，通過實(shí)驗(yàn)分析，得出每種特征進(jìn)退刀的實(shí)際加工時間與理論時間的比例系數(shù)，即可得出進(jìn)退刀部分的時間。本發(fā)明未涉及部分與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法，其特征是首先讀入待加工零件的三維數(shù)字模型，其次，進(jìn)行自動特征識別，從讀入的三維數(shù)字模型中提取待加工零件的幾何信息與工藝信息，三維數(shù)字模型中不包含的信息通過與數(shù)模配套的相關(guān)工藝文件獲取，并將所提取的幾何與工藝信息進(jìn)行特征化標(biāo)記，所有特征都按照特征類別與序號進(jìn)行唯一標(biāo)識，即特征標(biāo)識=特征類別+序號，以此標(biāo)識作為不同應(yīng)用間特征關(guān)聯(lián)的工具；若在制造過程中特征被分解，則特征標(biāo)識=分解標(biāo)識+特征類別+序號+分解子序號，從而實(shí)現(xiàn)以特征作為制造知識和經(jīng)驗(yàn)的載體，實(shí)現(xiàn)信息的有效集成；第三，為了在整個制造過程中保持特征的有效性以及特征衍變的連貫性，采用面向?qū)ο笠约盎诒倔w的方法表示特征即定義特征的本體以及各應(yīng)用領(lǐng)域特征的類，采用全息屬性面邊圖的方法進(jìn)行特征識別；最后，經(jīng)過工藝優(yōu)化自動生成復(fù)雜零件的數(shù)控加工程序,驅(qū)動數(shù)控加工設(shè)備完成整個加工過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在進(jìn)行自動特征識別完成后再基于特征構(gòu)建加工工藝優(yōu)化模型、基于特征進(jìn)行自動工藝決策、基于特征進(jìn)行自動數(shù)控編程、基于特征進(jìn)行后置處理、基于特征進(jìn)行加工過程控制、基于特征進(jìn)行在線檢測、基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫和構(gòu)建特征幾何信息與工藝信息向機(jī)床性能參數(shù)的映射模型； (1)所述的基于特征構(gòu)建加工工藝優(yōu)化模型時應(yīng)包含特征的幾何信息、刀具的信息、機(jī)床信息和工件的材料信息 ，優(yōu)化模型的約束為切削力和振動，優(yōu)化模型的優(yōu)化目標(biāo)為加工效率、加工質(zhì)量和加工成本，優(yōu)化的項(xiàng)目為切深、切寬和進(jìn)給速度，建立基于特征的切削參數(shù)庫；面向應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建基于特征的切削試驗(yàn)試件三維模型，包含典型特征及其典型組合，作為驗(yàn)證加工工藝的標(biāo)準(zhǔn)樣件； (2)所述的基于特征進(jìn)行自動工藝決策是為自動工藝決策提供完整的信息支撐，基于特征表達(dá)工藝規(guī)則及工藝方案，進(jìn)而基于特征進(jìn)行自動工藝決策，基于特征表達(dá)自動工藝決策的結(jié)果； (3)所述的基于特征進(jìn)行自動數(shù)控編程是指將自動工藝決策的結(jié)果也作為自動編程的依據(jù)，進(jìn)而基于特征自動生成加工刀軌，基于特征表達(dá)自動編程的結(jié)果； (4)所述的基于特征進(jìn)行后置處理是以自動編程的結(jié)果為依據(jù)，考慮數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，進(jìn)行基于特征的后置處理，基于特征表達(dá)后置處理的結(jié)果，形成數(shù)控加工程序； (5)所述的基于特征進(jìn)行加工過程控制是為表達(dá)加工過程中出現(xiàn)的問題的處理策略，包括基于特征進(jìn)行加工過程的狀態(tài)監(jiān)測，加工過程中進(jìn)行智能自適應(yīng)調(diào)整，基于特征記錄加工過程中的數(shù)據(jù)，供工藝優(yōu)化使用； (6)所述的基于特征進(jìn)行在線檢測是指基于特征的幾何信息和工藝信息形成檢測點(diǎn)生成規(guī)范，基于特征的幾何信息優(yōu)化在線檢測時測頭姿態(tài)矢量以及檢測軌跡，基于特征形成檢測分析結(jié)果，作為優(yōu)化加工工藝的依據(jù)； (7)所述的基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫中包含與工時相關(guān)的特征的幾何信息以及零件工時，以特征幾何信息與工藝信息作為輸入，構(gòu)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在沒有零件數(shù)控程序的前提下預(yù)測待加工零件的工時，作為零件加工對外報價以及生產(chǎn)計劃安排的依據(jù)；在基于特征的數(shù)控程序中加入特征的幾何信息與工藝信息，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的動態(tài)特性以及切削過程中的切削力，精確預(yù)測每一個工序的數(shù)控加工工時，作為機(jī)床調(diào)度的依據(jù)； (9)所述的構(gòu)建特征幾何信息與工藝信息向機(jī)床性能參數(shù)的映射模型是基于特征分析滿足加工零件所需機(jī)床的性能參數(shù)，提供面向應(yīng)用的機(jī)床相關(guān)參數(shù)設(shè)計參考。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征進(jìn)行自動工藝決策的步驟為: (1)基于特征表達(dá)與工藝決策相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:特征的幾何尺寸、位置、幾何結(jié)構(gòu)、特征所允許的最大刀具直徑，工藝信息為:材料、毛坯形式、加工余量和加工精度； (2)基于特征的工藝決策按照機(jī)床決策、加工順序決策、加工方法決策及切削參數(shù)決策的順序進(jìn)行，依據(jù)工藝規(guī)則和工藝方案形成自動工藝決策結(jié)果； (3)基于特征表達(dá)工藝決策結(jié)果形式為:每道工序包含若干工步，每個工步下包含若干操作，每個操作與一個加工特征相對應(yīng)，特征里含有特征的操作類型、加工策略及切削參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征的自動數(shù)控編程方法為: (1)基于特征表達(dá)與自動編程相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:特征的幾何尺寸、生成刀軌所需的驅(qū)動幾何、刀軌起始點(diǎn)與終止點(diǎn)和刀軌避讓幾何，工藝信息包括:加工特征的刀具信息、特征的加工精度和刀軌策略； (2)通過特征識別提取加工特征，輸出包含幾何信息與工藝信息的特征識別結(jié)果； (3)基于特征識別結(jié)果的幾何信息以及工藝決策結(jié)果的工藝信息，自動生成每個加工特征的刀軌； (4)以特征為單位生成每個特征的加工刀軌的刀位文件，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，標(biāo)記相應(yīng)的信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征的后置處理步驟包括: (1)在數(shù)控程序中基于特征表達(dá)與后置處理相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息指:特征的幾何中的線的類型:直線、圓弧、圓錐曲線、自由曲線，以及面的類型:平面，直紋面，自由曲面,工藝信息中指加工對應(yīng)特征時的數(shù)控加工操作類型； (2)后置處理中所考慮的數(shù)控系統(tǒng)的特性，包含了加速度特性、插補(bǔ)精度特性和刀柄補(bǔ)償控制參數(shù)類型； (3)基于特征幾何與工藝信息，結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)的動態(tài)特性，對刀位點(diǎn)進(jìn)行擬合形成數(shù)控系統(tǒng)支持的多項(xiàng)式插補(bǔ)方法，并優(yōu)化進(jìn)給速度以適應(yīng)復(fù)雜的數(shù)控加工工況。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征的加工過程控制的步驟包括: (1)基于特征表達(dá)與加工過程控制相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:轉(zhuǎn)角信息和驅(qū)動幾何信息，工藝信息為:加工刀具、切削參數(shù)、監(jiān)測策略和檢測策略； (2)根據(jù)特征的幾何信息與工藝信息以及處理策略，進(jìn)行在線監(jiān)測，并基于人工智能方法實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果的處理； (3)記錄加工過程中的數(shù)據(jù)指加工過程中實(shí)際的切削參數(shù)、機(jī)床的運(yùn)行功率、加工過程中出現(xiàn)的刀具磨損及顫振；以特征為單元組織以上數(shù)據(jù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征的在線檢測包括以下步驟: (1)基于特征表達(dá)與檢測相關(guān)的幾何信息與工藝信息，其中幾何信息為:檢測特征的面類型、曲率變化、面積、法向和中間加工狀態(tài)的理論幾何模型；工藝信息為:加工精度； (2)基于特征的幾何信息與工藝信息構(gòu)建檢測特征的檢測點(diǎn)的生成規(guī)則，基于特征生成檢測特征的檢測點(diǎn)，并考慮檢測特征的中間狀態(tài)優(yōu)化檢測軌跡，生成檢測文件； (3)安裝探頭進(jìn)行在線檢測，記錄檢測結(jié)果及分析結(jié)果，并基于特征進(jìn)行組織，反饋給工藝部門，作為工藝優(yōu)化的依據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征的加工工藝優(yōu)化模型考慮特征的幾何信息與工藝信息，其中，幾何信息指:作為剛性重要考量的特征的幾何尺寸、特征構(gòu)成幾何元素的厚度以及高度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征是所述的基于特征構(gòu)建已加工零件的工時樣本庫時所依據(jù)的幾何信息包括轉(zhuǎn)角位置、轉(zhuǎn)角大小等；工藝信息包括切削余量、切深、切寬主進(jìn)給速度；機(jī)床的動態(tài)特性包括機(jī)床的加速度、加加速度和轉(zhuǎn)彎性能，基于幾何信息、工藝信息與機(jī)床的動態(tài)特性，預(yù)測機(jī)床運(yùn)動過程中的實(shí)際進(jìn)給速度，并結(jié)合切削力預(yù)測由于切削力的變化造成的進(jìn)給速度的變化，進(jìn)而精確預(yù)測進(jìn)給速度，然后基于刀具軌跡算出加工工時。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述面向?qū)ο笠约盎诒倔w的特征表示方法為: (1)首先定義特征本體，特征本體包含特征的唯一標(biāo)識、標(biāo)識面以及可能成為標(biāo)識面的種子標(biāo)識面，定義種子標(biāo)識面是由于在制造過程中特征的衍變，特征有可能會被分解； (2)基于特征的本體衍生出各個應(yīng)用領(lǐng)域的特征類，類繼承了本體的屬性，類中包含幾何信息和工藝信息，針對不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，定義不同的幾何信息和工藝信息，從而實(shí)現(xiàn)整個制造過程的信息集成及傳遞。
全文摘要
一種基于特征的復(fù)雜零件數(shù)控加工制造方法，它基于本體與面向?qū)ο蟮姆椒ū磉_(dá)特征，進(jìn)而基于特征表達(dá)整個制造過程中零件的幾何與工藝信息，以特征作為制造知識和經(jīng)驗(yàn)的載體，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計-加工-檢測等制造階段信息的有效集成以及閉環(huán)控制，以自動特征識別為基礎(chǔ)，基于特征進(jìn)行自動工藝決策、自動數(shù)控編程、后置處理、加工過程控制、在線檢測、工藝優(yōu)化及工時預(yù)測?；谔卣鞯闹圃旆椒▽?shí)現(xiàn)了加工過程中信息鏈的有效貫通，使制造過程能夠自動化及智能化，減少了制造過程對人的經(jīng)驗(yàn)的依賴性，同時便于制造過程的生產(chǎn)管理，提高了制造效率，降低了生產(chǎn)成本。
文檔編號G05B19/4097GK103235556SQ20131010313
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者李迎光, 劉長青, 王偉, 劉旭, 李海, 郝小忠, 李強(qiáng), 高鑫 申請人:南京航空航天大學(xué)