飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)及方法
【專利摘要】飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)以現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)為平臺，包括模型檢測、工藝方案自動生成、工藝資源與知識庫管理、自動編程子系統(tǒng)、數(shù)控程序智能優(yōu)化等五大模塊。該系統(tǒng)建立在三維模型基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)和準(zhǔn)確地體現(xiàn)并支持飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工編程的專業(yè)化流程，可大量減少工藝準(zhǔn)備及編程過程中所需的人機(jī)交互操作，有效解決基于通用平臺和人工經(jīng)驗的交互式編程導(dǎo)致的程序不穩(wěn)定、編程周期長等問題，能顯著提高數(shù)控加工準(zhǔn)備和編程的效率與質(zhì)量，提升CAD/CAM系統(tǒng)的專業(yè)化和智能化水平。
【專利說明】飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)及方法，應(yīng)用于飛機(jī)大型整體結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工程序編制，提高數(shù)控程序編制的自動化和智能化水平，以縮短飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控編程周期并提高結(jié)構(gòu)件的加工效率。該技術(shù)發(fā)明屬于飛機(jī)數(shù)字化制造【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)控編程技術(shù)的發(fā)展已有五十多年的歷史，它是隨世界第一臺三坐標(biāo)數(shù)控銑床問世而誕生并迅速發(fā)展起來，經(jīng)歷了由手工編程發(fā)展至數(shù)控語言自動編程再上升為基于三維幾何模型的數(shù)控自動編程的過程?？v觀其發(fā)展，推動這一變遷的是生動的生產(chǎn)實(shí)踐對數(shù)控加工編程技術(shù)的要求。目前，經(jīng)過國內(nèi)外專家學(xué)者廣泛和深入研究，數(shù)控加工編程技術(shù)已得到了顯著的發(fā)展，取得了豐碩成果，為進(jìn)一步提高編程的自動化水平，目前，數(shù)控編程技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入智能數(shù)控編程的發(fā)展階段，將形成智能數(shù)控編程。
[0003]計算機(jī)、編程以及高速切削加工等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用推動了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)的發(fā)展，在現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中越來越多地采用經(jīng)由數(shù)控加工而成的整體零件來代替裝配式組合件，減輕了飛機(jī)自重，縮短了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工和裝配時間，并且有效提高了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的整體性能。但是，整體結(jié)構(gòu)件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度要求高且加工難度大等特點(diǎn)，當(dāng)前在通用CAM平臺中基于三維幾何模型的工藝準(zhǔn)備及交互數(shù)控編程方式已成為影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造周期及質(zhì)量的瓶頸因素之一。究其根源，主要有以下兩個方面:一是工藝準(zhǔn)備及編程技術(shù)智能化程度低，過分依賴于程編人員在特定生產(chǎn)環(huán)境下長期積累的經(jīng)驗知識，編程不規(guī)范并且程序質(zhì)量不穩(wěn)定；二是編程過程自動化程度低，需要通過人機(jī)交互方式設(shè)置大量的加工操作參數(shù)，重復(fù)工作量大，編程周期長。
[0004]這種單純依靠程編人員的經(jīng)驗采用交互方式指定加工區(qū)域和設(shè)置加工參數(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了生產(chǎn)實(shí)踐對數(shù)控加工程序編制快速、便捷的需求。因此旨在提高自動化和智能化程度的智能數(shù)控編程技術(shù)引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和高度重視。方法是將人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)等智能技術(shù)引入到現(xiàn)有的基于三維幾何模型的數(shù)控加工自動編程系統(tǒng)中，使其具有一定的識別、分析、判斷和決策能力，能夠根據(jù)零件和毛坯的幾何模型自動識別加工特征模型，并據(jù)此制定合理的加工工藝流程，確定和設(shè)置工作選項，最大程度簡化操作過程。目標(biāo)是使人從繁重的重復(fù)性工作中解放出來，由系統(tǒng)綜合考慮毛坯、零件、刀具和機(jī)床等各種因素，自動完成從毛坯到產(chǎn)品整個加工過程的數(shù)控加工程序編制，從而極大地提高程序編制的效率和質(zhì)量。
[0005]然而，自動化與智能化數(shù)控加工編程尚處于研究和探索階段，需要解決的問題還很多，有待于進(jìn)一步的深入研究。學(xué)術(shù)界研究熱點(diǎn)主要包括加工特征識別、特征優(yōu)化排序、刀具選取、加工參數(shù)優(yōu)化選取、刀具運(yùn)動軌跡計算、5軸加工刀軸方向控制以及仿真驗證等方面。眾多研究人員已經(jīng)取得了一定的成果，R.B.Karadkar等在1996年研究并開發(fā)了包含基于特征的2.5軸零件工藝規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)2.5軸零件工藝的自動規(guī)劃，為后續(xù)的CAM自動化編程提供基礎(chǔ)。Huikang K.Miao等在IDEAS平臺進(jìn)行二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了基于加工特征的工藝規(guī)劃，有效地實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAPP/CAM的集成，但是該系統(tǒng)也只適用于2.5軸零件。為提高編程系統(tǒng)的自動化程度，Millan k.Yeung將人工智能引入到編程系統(tǒng)中，通過加工特征的自動識別及刀具的優(yōu)化選取，開發(fā)了智能工藝規(guī)劃系統(tǒng)，并且系統(tǒng)的柔性化、簡單化便于新知識、新工藝的擴(kuò)展。另外，為解決由于現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品復(fù)雜程度的逐步增加而導(dǎo)致工藝編程過程繁瑣、復(fù)雜等問題，UlrichBerger等將基于知識的加工特征作為工藝過程的基本元素，以減少工藝時間為目標(biāo)，采用圖的方式描述及優(yōu)化工藝過程，并在CATIA上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。各CAM公司也緊隨其后陸續(xù)在各自的數(shù)控編程系統(tǒng)中引入智能技術(shù)，推出具有部分智能的CAM系統(tǒng)，如FeatureCAM系統(tǒng)和ESPRIT系統(tǒng)，這兩個系統(tǒng)均基于特征及知識、使用自動特征識別技術(shù)的全功能軟件，特征和知識庫技術(shù)的使用，使得零件加工編程更方便、更簡單，極大地縮短了加工編程時間。但目前該類系統(tǒng)還需要較多的人工交互操作，并且不適用復(fù)雜零件，離實(shí)際應(yīng)用尚有一段距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)(簡稱INCPro)，根據(jù)工藝方案驅(qū)動飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的智能編程，實(shí)現(xiàn)了編程的智能化、規(guī)范化和自優(yōu)化，編制的程序高度符合工藝要求，并能體現(xiàn)編程員的思想。
[0007]本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CAD/CAM系統(tǒng)為平臺，包括工藝資源與知識庫管理模塊及自動編程子系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)還包括模型檢測模塊、工藝方案自動生成模塊、及數(shù)控程序智能優(yōu)化模塊；
[0008]所述的CAD/CAM系統(tǒng)平臺，為INCPio提供平臺支撐，系統(tǒng)首先在該平臺上建立飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的三維零件模型及毛坯模型，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)；此外，根據(jù)自動編程模塊所構(gòu)建的加工單元，應(yīng)用該平臺的“數(shù)控加工”模塊自動生成加工操作樹并進(jìn)行刀軌計算、加工仿真及后置處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工文件的自動生成；
[0009]所述的工藝資源與知識庫管理模塊，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口，以及支撐數(shù)據(jù)庫的管理功能；其中，支撐數(shù)據(jù)庫包括工藝知識庫、機(jī)床參數(shù)庫、工件材料庫、刀具參數(shù)及材料庫、數(shù)控加工切削參數(shù)庫、工藝方案模板庫及其他資源庫；其次，通過建立其他模塊與支撐數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)用與管理，完成支撐數(shù)據(jù)庫與整個INCPix)的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享與管理；此夕卜，支撐數(shù)據(jù)庫的管理包括各種支撐數(shù)據(jù)的查詢、刪除、插入、修改、保存以及推理，方便各種支撐數(shù)據(jù)的查看與更新；
[0010]所述的模型檢測模塊，負(fù)責(zé)對零件模型進(jìn)行自動化檢測，具體包括:(I)零件模型設(shè)計錯誤:設(shè)計的零件模型中包含了實(shí)際產(chǎn)品不存在的結(jié)構(gòu)，包括殘留體、窄縫；(2)標(biāo)注信息不完整:根據(jù)MBD模型定義標(biāo)準(zhǔn)，自動識別零件模型中的幾何和非幾何信息是否完整；
(3)結(jié)構(gòu)工藝性不足:根據(jù)已有的工藝資源(包括刀具、工裝、機(jī)床等)及工藝方法，自動檢測零件模型中存在的工藝性不好甚至完全不可加工的結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)對零件模型正確性、工藝性的自動審查；根據(jù)審查結(jié)果，提示問題的類型、位置及修改的方法，并且針對一些常見錯誤進(jìn)行自動修改，以該方法保證零件模型的正確性；
[0011]所述的工藝方案自動生成模塊，為實(shí)現(xiàn)工藝過程驅(qū)動的數(shù)控程序自動生成提供宏觀的工藝方案，其中工藝方案采用多叉樹表示，包括零件、機(jī)床、工位、工序、工步、程序、刀具、特征八級節(jié)點(diǎn)，可以描述宏觀的加工工藝過程；通過工藝方案自動生成模塊建立工藝方案模板庫，對現(xiàn)有的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分類并總結(jié)結(jié)構(gòu)件的一般工藝流程，針對每類典型結(jié)構(gòu)件建立了加工方案模板，包括機(jī)床、工位、工序、工步；然后，基于加工特征的制造資源選取方法選取機(jī)床、刀具、工裝資源，并與加工方案模板相融合，自動生成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工工藝方案；
[0012]所述的自動編程子系統(tǒng)，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能編程的核心模塊，主要包含:(1)自動特征識別:根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的三維幾何模型和毛坯模型，采用分層特征識別方法進(jìn)行零件的特征識別，獲取零件所有的加工特征，并以樹狀結(jié)構(gòu)形式存儲特征識別結(jié)果；(2)工藝方案智能推理:根據(jù)零件類型、加工側(cè)個數(shù)、毛坯類型及特征識別結(jié)果等條件，結(jié)合工藝資源與知識庫模塊中的支撐數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能知識推理從工藝方案模板庫中自動推薦零件的加工方案模板；(3)刀具自動選取:基于特征的幾何參數(shù)及加工階段選取加工刀具，例如基于切削體積比的粗加工刀具選??；(4)加工單元智能構(gòu)造與排序:將刀具融合到加工方案模板中形成完整的工藝方案，再由工藝方案描述的工藝過程驅(qū)動加工單元自動構(gòu)造，即根據(jù)刀具的可加工能力，基于加工過程中的殘留區(qū)域提取出每把刀具可加工的區(qū)域、智能推理選取最優(yōu)加工操作并且計算出加工操作所需的幾何參數(shù)，形成每把刀具的加工單元序列，由工藝方案與加工單元相融合構(gòu)成完整的數(shù)控加工單元序列；(5)加工操作自動生成:將數(shù)控加工單元序列自動映射到CAD/CAM系統(tǒng)的“數(shù)控加工”模塊中的加工操作樹，并自動設(shè)置每個加工操作的幾何參數(shù)、策略參數(shù)、刀具參數(shù)、速度參數(shù)以及進(jìn)退刀連接，并進(jìn)行刀軌計算和加工仿真；
[0013]所述的數(shù)控程序智能優(yōu)化模塊負(fù)責(zé)對智能編程過程中選取的資源、安排的加工順序等進(jìn)行優(yōu)化，具體為:(1)刀具選取優(yōu)化:采用基于切削體積比的粗加工刀具選取方法，根據(jù)給定的刀具庫列表，從刀具庫中依次按照直徑大小計算飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中每把刀具可切削的所有加工區(qū)域體積，當(dāng)存在一把刀具可切削的體積大于80%的待加工區(qū)域體積，則認(rèn)為該把刀具為合適的粗加工刀具；另外，以最短加工時間為優(yōu)化目標(biāo)，對轉(zhuǎn)角加工和側(cè)壁精加工刀具進(jìn)行優(yōu)化，對符合條件的轉(zhuǎn)角加工特征和側(cè)壁內(nèi)外形加工選取多種刀具方案進(jìn)行加工，通過計算不同方案下刀具的加工時間確定轉(zhuǎn)角特征和側(cè)壁內(nèi)外形加工特征的刀具，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角特征和側(cè)壁精加工刀具的優(yōu)化選??；(2)粗加工分層優(yōu)化:針對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中多下陷結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)分層粗加工時間最少為前提，保證在粗加工后每個槽腔特征的底部腹板可采用精加工腹板刀具一刀完成精加工的前提下，采用遺傳算法對分層面進(jìn)行智能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)粗加工分層面的最少，以提高粗加工效率；(3)加工單元路徑優(yōu)化:分宏觀層和刀具層兩個層面進(jìn)行優(yōu)化；在宏觀層，根據(jù)工藝方案描述的工藝過程，將所有的數(shù)控加工單元按照宏觀的工藝過程(包括機(jī)床、工位、工序、工步及刀具)進(jìn)行自動排序；在刀具層，對每把刀具關(guān)聯(lián)的加工單元進(jìn)行四級分組，首先將刀具關(guān)聯(lián)的加工單元按照工步類型的不同分成多個二級單元組(包括兩種類型:補(bǔ)加工單元組和目標(biāo)加工單元組，其中補(bǔ)加工單元組在當(dāng)前工步下對之前工步的補(bǔ)加工單元集，而目標(biāo)加工單元則是當(dāng)前工步指定要加工的單元集)，并將補(bǔ)加工單元組先于目標(biāo)加工單元組進(jìn)行加工；其次，將補(bǔ)加工單元組根據(jù)加工單元所在工步的類型對其進(jìn)行再次分組，形成三級單元組，并按照工藝流程順序?qū)@些三級單元組進(jìn)行依次排序；再有，對三級單元組進(jìn)行自上而下的整體分層排序，形成四級單元組；最后，以加工路徑最短為優(yōu)化目標(biāo)，對四級單元組內(nèi)的加工單元采用模擬退火算法進(jìn)行路徑優(yōu)化排序，實(shí)現(xiàn)四級單元組內(nèi)加工路徑的優(yōu)化。采用這種方式可以實(shí)現(xiàn)工藝方案驅(qū)動的加工單兀優(yōu)化排序，綜合考慮了幾何級和工藝級的排序，可以顯者提聞排序效率和質(zhì)量。
[0014]一種前述飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，具體步驟如下:
[0015]步驟I):進(jìn)入CAD/CAM平臺的“數(shù)控加工”模塊，并進(jìn)入“飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)”，載入飛機(jī)結(jié)構(gòu)件三維模型和毛坯模型；
[0016]步驟2):進(jìn)行零件基本信息的設(shè)定，具體有:(1)零件的類型:壁板、框、梁、肋、接頭等；(2)加工側(cè)個數(shù):包括單面、雙面以及多面；(3)毛坯類型:包括板材、型材、鍛件以及鑄件；
[0017]步驟3):進(jìn)入模型檢測模塊，結(jié)合零件模型工藝性對零件模型進(jìn)行質(zhì)量檢測，并對不能滿足實(shí)際工藝要求的局部錯誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的修正，使零件模型滿足加工工藝要求，以保證輸入零件模型的正確性；
[0018]步驟4):進(jìn)入自動編程模塊，首先需要根據(jù)步驟2)中設(shè)定的零件類型與加工側(cè)信息為每個加工側(cè)設(shè)定對應(yīng)的加工坐標(biāo)系，然后在每個加工坐標(biāo)系下對零件所有的拓?fù)涿孢M(jìn)行面類型識別，以此為基礎(chǔ)識別埋頭孔、沉頭孔、椎孔、圓柱直孔等孔結(jié)構(gòu)，并刪除橫向孔和斜向孔，便于特征識別的順利實(shí)現(xiàn)；在每個加工坐標(biāo)系下，采用基于分層加工思想的廣義槽特征識別方法對零件進(jìn)行加工特征識別，即創(chuàng)建分層層面與零件實(shí)體求交并獲取出每層的交線環(huán)及其內(nèi)外環(huán)關(guān)系，由該關(guān)系確定每層的加工區(qū)域，然后提取出交線環(huán)中邊線依賴的零件拓?fù)涿妫賹⒔痪€環(huán)中所有邊線依賴的面進(jìn)行組合，進(jìn)而組成廣義槽特征，再根據(jù)縱向面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件廣義槽特征結(jié)構(gòu)樹；
[0019]步驟5):經(jīng)過步驟4)中的特征識別后，人工交互選擇是否載入現(xiàn)有的相似零件工藝方案，如果選擇“是”則從加工方案庫中智能搜索相似零件的工藝方案，再由人工通過交互的方式優(yōu)化選?。环駝t進(jìn)入工藝方案自動生成模塊，根據(jù)工藝經(jīng)驗知識和零件類型進(jìn)行知識推理，確定當(dāng)前零件的工藝方案模板，包括機(jī)床、工位、工序、工步等，再基于加工特征自動選取刀具，確定各加工階段過程中加工不同特征所需要的刀具參數(shù)和切削參數(shù)，并將加工方案模板和刀具選取結(jié)果進(jìn)行合并，生成完整的工藝方案；通過上述方式構(gòu)建工藝方案后，形成包含七級節(jié)點(diǎn)的樹狀結(jié)構(gòu)，其中七級節(jié)點(diǎn)具體為:零件節(jié)點(diǎn)、機(jī)床節(jié)點(diǎn)、加工側(cè)節(jié)點(diǎn)、工序節(jié)點(diǎn)、工步節(jié)點(diǎn)、程序節(jié)點(diǎn)及刀具節(jié)點(diǎn)；人工可交互修改并且進(jìn)行有效性檢查，最后確認(rèn)保存；如果零件為首次加工，其工藝方案將自動添加到加工方案庫中，以供下次相似零件的調(diào)用，保證方案的統(tǒng)一性和規(guī)范性；
[0020]步驟6):再次進(jìn)入自動編程模塊，首先從步驟5)生成的工藝方案中提取出各工步使用的刀具，并基于幾何的刀具選取方法，將刀具與加工特征建立匹配關(guān)系，保證加工特征在不同的加工階段有合適的刀具進(jìn)行加工；然后，根據(jù)工藝方案描述的宏觀工藝流程以及刀具的可加工能力，并在殘留區(qū)域?qū)崟r計算的基礎(chǔ)上求解出刀具的可加工區(qū)域、優(yōu)化選取加工操作并計算加工操作所需的幾何參數(shù)等信息以自動構(gòu)建加工單元，完成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工單元序列的構(gòu)建；
[0021]步驟7):在步驟6)數(shù)控加工單元構(gòu)建過程中，需要進(jìn)入數(shù)控加工智能優(yōu)化模塊，進(jìn)行粗加工分層優(yōu)化、加工路徑優(yōu)化等優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的優(yōu)化；
[0022]步驟8):最后，在CAM系統(tǒng)中，自動生成與飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工單元序列對應(yīng)的加工操作樹，其中加工操作是使用一把刀具、一組加工參數(shù)及一條參數(shù)化刀軌所生成的加工程序，將每個加工單元的策略參數(shù)、加工參數(shù)、幾何參數(shù)、刀具參數(shù)以及加工宏參數(shù)分別設(shè)置到對應(yīng)的加工操作中，即可完成加工操作的自動生成，然后再對所有加工操作進(jìn)行刀軌計算和加工仿真，即完成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控程序的智能編制；最后，通過前后置處理程序?qū)?shù)控加工刀軌轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼。
[0023]本發(fā)明的有益效果:相對于目前的交互式數(shù)控編程及快速編程而言，本發(fā)明著重發(fā)展了模型檢測模塊、工藝方案自動生成模塊及數(shù)控程序智能優(yōu)化模塊，首先進(jìn)一步保證了輸入到編程系統(tǒng)中的零件模型正確性以及良好的工藝性，可以有效減少自動編程過程中產(chǎn)生的由于模型質(zhì)量存在問題導(dǎo)致的計算不穩(wěn)定、結(jié)果不準(zhǔn)確等問題；其次，采用多叉樹結(jié)構(gòu)統(tǒng)一化、抽象化表不工藝方案，將不同飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的工藝方案做成模板，可以實(shí)現(xiàn)工藝的模板化、規(guī)范化，另外與基于特征選取的各類制造資源融合后，即可自動生成零件的工藝方案，這種方式生成的工藝方案合理性強(qiáng)，與實(shí)際工藝過程高度吻合，并且工藝方案自動生成的效率高；再有，智能優(yōu)化模塊的開發(fā)，對數(shù)控編程過程中的多個關(guān)鍵階段進(jìn)行優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)刀具優(yōu)化選取、加工路徑優(yōu)化等，可顯著提高數(shù)控加工程序的質(zhì)量，大幅提高批量生產(chǎn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)的模式圖。
[0025]圖2為本發(fā)明飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)的總體功能框架。
[0026]圖3為本發(fā)明飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明，本實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的實(shí)現(xiàn)過程，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述實(shí)施實(shí)例。
[0028]圖1為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)(簡稱INCPro)的模式圖，由工藝方案驅(qū)動飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的智能編程，實(shí)現(xiàn)了編程的智能化、規(guī)范化和自優(yōu)化，編制的程序高度符合工藝要求，并能體現(xiàn)編程員的思想。其主要思想為:根據(jù)分層粗加工方法思想，采用分層特征識別方法識別并構(gòu)造零件的加工特征，并基于零件包含的加工特征類型及特點(diǎn)智能推理選取零件的工藝方案模板(每個類型的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件均有各自的工藝方案模板)；然后，基于加工特征的幾何參數(shù)對工藝方案模板中各工序/工步加工的特征選取刀具，并將刀具與工藝方案模板相融合，構(gòu)造宏觀的工藝方案，包括工位、工序、工步及各類加工資源；再采用工藝方案驅(qū)動數(shù)控加工單元自動構(gòu)造，在殘留模型實(shí)時計算的基礎(chǔ)上根據(jù)刀具的可加工能力自動構(gòu)建數(shù)控加工單元，然后以工藝方案描述的宏觀工藝過程驅(qū)動加工單元進(jìn)行智能優(yōu)化排序以符合工藝及最短路徑要求，并將序列化后的加工單元與工藝方案相融合生成數(shù)控加工單元序列；最后，將數(shù)控加工單元序列映射到現(xiàn)有CAD/CAM數(shù)控加工模塊，一個加工單元實(shí)例化成一個加工操作，由所有的加工操作即可完成加工刀軌計算，并通過后置處理轉(zhuǎn)換為NC代碼，最終完成零件數(shù)控程序的自動生成；此系統(tǒng)如圖2所示以CAD/CAM系統(tǒng)為平臺，包括工藝資源與知識庫管理①、模型檢測②、工藝方案自動生成③、自動編程子系統(tǒng)④、數(shù)控程序智能優(yōu)化⑤等五大模塊。[0029]其中，所述的CAD/CAM系統(tǒng)平臺，為INCPro提供平臺支撐，系統(tǒng)首先在該平臺上建立飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的三維零件模型及毛坯模型，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)；此外，根據(jù)自動編程模塊所構(gòu)建的加工單元，應(yīng)用該平臺的“數(shù)控加工”模塊自動生成加工操作樹并進(jìn)行刀軌計算、加工仿真及后置處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工文件的自動生成；
[0030]所述的工藝資源與知識庫管理模塊①，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口，以及支撐數(shù)據(jù)庫的管理功能；其中，支撐數(shù)據(jù)庫包括工藝知識庫、機(jī)床參數(shù)庫、工件材料庫、刀具參數(shù)及材料庫、數(shù)控加工切削參數(shù)庫、工藝方案模板庫及其他資源庫；其次，通過建立其他模塊與支撐數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)用與管理，完成支撐數(shù)據(jù)庫與整個INCPix)的連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享與管理；此夕卜，支撐數(shù)據(jù)庫的管理包括各種支撐數(shù)據(jù)的查詢、刪除、插入、修改、保存以及推理，方便各種支撐數(shù)據(jù)的查看與更新；
[0031]所述的模型檢測模塊②主要負(fù)責(zé)對零件模型進(jìn)行自動化檢測，具體包括:(1)零件模型設(shè)計錯誤:設(shè)計的零件模型中包含了實(shí)際產(chǎn)品不存在的結(jié)構(gòu)，包括殘留體、窄縫；
(2)標(biāo)注信息不完整:根據(jù)MBD模型定義標(biāo)準(zhǔn)，自動識別零件模型中的幾何和非幾何信息是否完整；(3)結(jié)構(gòu)工藝性不足:根據(jù)已有的工藝資源(包括刀具、工裝、機(jī)床等)及工藝方法，自動檢測零件模型中存在的工藝性不好甚至完全不可加工的結(jié)構(gòu)；實(shí)現(xiàn)對零件模型正確性、工藝性的自動審查；根據(jù)審查結(jié)果，提示問題的類型、位置及修改的方法，并且針對一些常見錯誤進(jìn)行自動修改，以該方法保證零件模型的正確性；
[0032]所述的工藝方案自動生成模塊③，為實(shí)現(xiàn)工藝過程驅(qū)動的數(shù)控程序自動生成提供宏觀的工藝方案，其中工藝方案采用多叉樹表示，包括零件、機(jī)床、工位、工序、工步、程序、刀具、特征八級節(jié)點(diǎn)，可以描述宏觀的加工工藝過程；該模塊包含以下功能:(1)建立了工藝方案模板庫:對現(xiàn)有的飛機(jī)構(gòu)件進(jìn)行分類并總結(jié)出這些結(jié)構(gòu)件的一般工藝流程，并針對每類典型結(jié)構(gòu)件建立了加工方案模板，包括機(jī)床、工位、工序、工步；(2)工藝方案自動生成:基于特征的制造資源選取方法選取機(jī)床、刀具、工裝等資源，并與加工方案模板相融合，自動生成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工工藝方案；
[0033]所述的自動編程子系統(tǒng)④，是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能編程的核心模塊，主要包含:(1)自動特征識別:根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的三維幾何模型和毛坯模型，采用分層特征識別方法進(jìn)行零件的特征識別，獲取零件所有的加工特征，并以樹狀結(jié)構(gòu)形式存儲特征識別結(jié)果；(2)工藝方案智能推理:根據(jù)零件類型、加工側(cè)個數(shù)、毛坯類型及特征識別結(jié)果等條件，結(jié)合工藝資源與知識庫模塊中的支撐數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能知識推理從工藝方案模板庫中自動推薦零件的加工方案模板；(3)刀具自動選取:基于特征的幾何參數(shù)及加工階段選取加工刀具，例如基于切削體積比的粗加工刀具選??；(4)加工單元智能構(gòu)造與排序:將刀具融合到加工方案模板中形成完整的工藝方案，再由工藝方案描述的工藝過程驅(qū)動加工單元自動構(gòu)造，即根據(jù)刀具的可加工能力，基于加工過程中的殘留區(qū)域提取出每把刀具可加工的區(qū)域、智能推理選取最優(yōu)加工操作并且計算出加工操作所需的幾何參數(shù)，形成每把刀具的加工單元序列，由工藝方案與加工單元相融合構(gòu)成完整的數(shù)控加工單元序列；(5)加工操作自動生成:將數(shù)控加工單元序列自動映射到CAD/CAM系統(tǒng)的“數(shù)控加工”模塊中的加工操作樹，并自動設(shè)置每個加工操作的幾何參數(shù)、策略參數(shù)、刀具參數(shù)、速度參數(shù)以及進(jìn)退刀連接，并進(jìn)行刀軌計算和加工仿真；[0034]所述的數(shù)控程序智能優(yōu)化模塊⑤主要負(fù)責(zé)對智能編程過程中選取的資源、安排的加工順序等進(jìn)行優(yōu)化，具體為:(I)刀具選取優(yōu)化:采用基于切削體積比的粗加工刀具選取方法，根據(jù)給定的刀具庫列表，從刀具庫中依次按照直徑大小計算每把刀具可切削的所有加工區(qū)域體積，當(dāng)存在一把刀具可切削的體積大于80%的待加工區(qū)域體積，則認(rèn)為該把刀具為合適的粗加工刀具；另外，以最短加工時間為優(yōu)化目標(biāo)，對轉(zhuǎn)角加工和側(cè)壁精加工刀具進(jìn)行優(yōu)化，對符合條件的轉(zhuǎn)角加工特征和側(cè)壁內(nèi)外形加工選取多種刀具方案進(jìn)行加工，通過計算不同方案下刀具的加工時間確定轉(zhuǎn)角特征和側(cè)壁內(nèi)外形加工特征的刀具，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角特征和側(cè)壁精加工刀具的優(yōu)化選??；(2)粗加工分層優(yōu)化:針對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的多下陷結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)分層粗加工時間最少為前提，保證在粗加工后每個槽腔特征的底部腹板可采用精加工腹板刀具一刀完成精加工的前提下，采用遺傳算法對分層面進(jìn)行智能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)粗加工分層面的最少，以提高粗加工效率；(3)加工單元路徑優(yōu)化:分宏觀層和刀具層兩個層面進(jìn)行優(yōu)化；在宏觀層，根據(jù)工藝方案描述的工藝過程，將所有的數(shù)控加工單元按照宏觀的工藝過程(包括機(jī)床、工位、工序、工步及刀具)進(jìn)行自動排序；在刀具層，對每把刀具關(guān)聯(lián)的加工單元進(jìn)行四級分組，首先將刀具關(guān)聯(lián)的加工單元按照工步類型的不同分成多個二級單元組(包括兩種類型:補(bǔ)加工單元組和目標(biāo)加工單元組，其中補(bǔ)加工單元組在當(dāng)前工步下對之前工步的補(bǔ)加工單元集，而目標(biāo)加工單元則是當(dāng)前工步指定要加工的單元集)，并將補(bǔ)加工單元組先于目標(biāo)加工單元組進(jìn)行加工；其次，將補(bǔ)加工單元組根據(jù)加工單元所在工步的類型對其進(jìn)行再次分組，形成三級單元組，并按照工藝流程順序?qū)@些三級單元組進(jìn)行依次排序；再有，對三級單元組進(jìn)行自上而下的整體分層排序，形成四級單元組；最后，以加工路徑最短為優(yōu)化目標(biāo)，對四級單元組內(nèi)的加工單元采用模擬退火算法進(jìn)行路徑優(yōu)化排序，實(shí)現(xiàn)四級單元組內(nèi)加工路徑的優(yōu)化。采用這種方式可以實(shí)現(xiàn)工藝方案驅(qū)動的加工單元優(yōu)化排序，綜合考慮了幾何級和工藝級的排序，可以顯者提聞排序效率和質(zhì)量。
[0035]圖3是為本發(fā)明飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總流程，實(shí)現(xiàn)的具體步驟如下:
[0036]步驟I):進(jìn)入CAD/CAM平臺的“數(shù)控加工”模塊(SI)，并進(jìn)入INCPro系統(tǒng)(S2 )，載入飛機(jī)結(jié)構(gòu)件三維模型和毛坯模型；
[0037]步驟2):進(jìn)行零件基本信息的設(shè)定，具體有:(I)零件的類型(S3):壁板、框、梁、肋、接頭等；(2)加工側(cè)個數(shù)(S4):包括單面、雙面以及多面；(3)毛坯類型(S5):包括板材、型材、鍛件以及鑄件；
[0038]步驟3):進(jìn)入模型檢測模塊②，結(jié)合零件模型工藝性對零件模型進(jìn)行質(zhì)量檢測
(S6)，并對不能滿足實(shí)際工藝要求的局部錯誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的修正(S7)，使零件模型滿足加工工藝要求，以保證輸入零件模型的正確性；
[0039]步驟4):進(jìn)入自動編程模塊④，首先需要根據(jù)步驟2)中設(shè)定的零件類型與加工側(cè)信息為每個加工側(cè)設(shè)定對應(yīng)的加工坐標(biāo)系(S8)，然后在每個加工坐標(biāo)系下對零件所有的拓?fù)涿孢M(jìn)行面類型識別(S9)，以此為基礎(chǔ)識別埋頭孔、沉頭孔、椎孔、圓柱直孔等孔結(jié)構(gòu)，并刪除橫向孔和斜向孔，便于特征識別的順利實(shí)現(xiàn)；在每個加工坐標(biāo)系下，采用基于分層加工思想的廣義槽特征識別方法對零件進(jìn)行加工特征識別(S10)，即創(chuàng)建分層層面與零件實(shí)體求交并獲取出每層的交線環(huán)及其內(nèi)外環(huán)關(guān)系，由該關(guān)系確定每層的加工區(qū)域，然后提取出交線環(huán)中邊線依賴的零件拓?fù)涿?，再將交線環(huán)中所有邊線依賴的面進(jìn)行組合，進(jìn)而組成廣義槽特征，再根據(jù)縱向面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件廣義槽特征結(jié)構(gòu)樹(Sll)；
[0040]步驟5):經(jīng)過步驟4)中的特征識別后，人工交互選擇是否載入現(xiàn)有的相似零件工藝方案(S12)，如果選擇“是”則從加工方案庫中智能搜索相似零件的工藝方案，再由人工通過交互的方式優(yōu)化選??；否則進(jìn)入工藝方案自動生成模塊③，根據(jù)工藝經(jīng)驗知識和零件類型進(jìn)行知識推理(S13)，確定當(dāng)前零件的工藝方案模板(S14)，包括機(jī)床、工位、工序、工步等，再基于加工特征自動選取刀具(S15)，確定各加工階段過程中加工不同特征所需要的刀具參數(shù)和切削參數(shù)(S16)，并將加工方案模板和刀具選取結(jié)果進(jìn)行合并，生成完整的工藝方案(S17);通過上述方式構(gòu)建工藝方案后，形成包含七級節(jié)點(diǎn)(零件節(jié)點(diǎn)、機(jī)床節(jié)點(diǎn)、加工側(cè)節(jié)點(diǎn)、工序節(jié)點(diǎn)、工步節(jié)點(diǎn)、程序節(jié)點(diǎn)及刀具節(jié)點(diǎn))的樹狀結(jié)構(gòu)，人工可交互修改(S19)并且進(jìn)行有效性檢查(S20)，最后確認(rèn)保存(S21);如果零件為首次加工，其工藝方案將自動添加到加工方案庫中，以供下次相似零件的調(diào)用，保證方案的統(tǒng)一性和規(guī)范性；
[0041]步驟6):再次進(jìn)入自動編程模塊④，首先從步驟5)生成的工藝方案中提取出各工步使用的刀具，并基于幾何的刀具選取方法，將刀具與加工特征建立匹配關(guān)系(S22)，保證加工特征在不同的加工階段有合適的刀具進(jìn)行加工；然后，根據(jù)工藝方案描述的宏觀工藝流程以及刀具的可加工能力，并在殘留區(qū)域?qū)崟r計算的基礎(chǔ)上求解出刀具的可加工區(qū)域(S23)、優(yōu)化選取加工操作并計算加工操作所需的幾何參數(shù)等信息以自動構(gòu)建加工單元(S24)，完成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工單元的構(gòu)建(S25)；
[0042]步驟7):在步驟6)數(shù)控加工單元構(gòu)建過程中，需要進(jìn)入數(shù)控加工智能優(yōu)化模塊⑤，進(jìn)行粗加工分層優(yōu)化(S26)、加工路徑優(yōu)化(S27)等優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的優(yōu)化，最終提高數(shù)控加工效率；
[0043]步驟8):最后，在CAM系統(tǒng)中，自動生成與飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工單元序列對應(yīng)的加工操作樹(S29 )，其中加工操作是使用一把刀具、一組加工參數(shù)及一條參數(shù)化刀軌所生成的加工程序，將數(shù)控加工單元序列中每個加工單元的策略參數(shù)、加工參數(shù)、幾何參數(shù)、刀具參數(shù)以及加工宏參數(shù)分別設(shè)置到對應(yīng)的加工操作中，即可完成加工操作的自動生成，然后再對所有加工操作進(jìn)行刀軌計算(S30)和加工仿真(S31)，即完成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控程序的智能編制；最后，通過前后置處理程序(S32)將數(shù)控加工刀軌轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼(S33)。
【權(quán)利要求】
1.飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CAD/CAM系統(tǒng)為平臺，包括工藝資源與知識庫管理模塊及自動編程子系統(tǒng)，其特征在于:系統(tǒng)還包括模型檢測模塊、工藝方案自動生成模塊、及數(shù)控程序智能優(yōu)化模塊； 所述的模型檢測模塊，負(fù)責(zé)對零件模型進(jìn)行自動化檢測，具體包括:(I)零件模型設(shè)計錯誤；(2)標(biāo)注信息不完整；(3)結(jié)構(gòu)工藝性不足；實(shí)現(xiàn)對零件模型正確性、工藝性的自動審查；根據(jù)審查結(jié)果，提示問題的類型、位置及修改的方法，并且針對一些常見錯誤進(jìn)行自動修改； 所述的工藝方案自動生成模塊，為實(shí)現(xiàn)工藝過程驅(qū)動的數(shù)控程序自動生成提供宏觀的工藝方案，其中工藝方案采用多叉樹表示，包括零件、機(jī)床、工位、工序、工步、程序、刀具、特征八級節(jié)點(diǎn)，可以描述宏觀的加工工藝過程；通過工藝方案自動生成模塊建立工藝方案模板庫，對現(xiàn)有的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件進(jìn)行分類并總結(jié)結(jié)構(gòu)件的一般工藝流程，針對每類典型結(jié)構(gòu)件建立了加工方案模板，包括機(jī)床、工位、工序、工步；然后，基于加工特征的制造資源選取方法選取機(jī)床、刀具、工裝資源，并與加工方案模板相融合，自動生成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工工藝方案；
所述的數(shù)控程序智能優(yōu)化模塊負(fù)責(zé)對智能編程過程中選取的資源、安排的加工順序等進(jìn)行優(yōu)化，具體為:(1)刀具選取優(yōu)化:采用基于切削體積比的粗加工刀具選取方法，根據(jù)給定的刀具庫列表，從刀具庫中依次按照直徑大小計算結(jié)構(gòu)件中每把刀具可切削的槽腔加工區(qū)域體積，當(dāng)存在一把刀具可切削的體積大于80%的待加工區(qū)域體積，則認(rèn)為該把刀具為合適的粗加工刀具；另外，以最短加工時間為優(yōu)化目標(biāo)，對轉(zhuǎn)角加工和側(cè)壁精加工刀具進(jìn)行優(yōu)化，對符合條件的轉(zhuǎn)角加工特征和側(cè)壁內(nèi)外形加工選取多種刀具方案進(jìn)行加工，通過計算不同方案下刀具的加工時間確定轉(zhuǎn)角特征和側(cè)壁內(nèi)外形加工特征的刀具，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角特征和側(cè)壁精加工刀具的優(yōu)化選取；(2)粗加工分層優(yōu)化:針對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的多下陷結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)分層粗加工時間最少為前提，保證在粗加工后每個槽腔特征的底部腹板可采用精加工腹板刀具一刀完成加工的前提下，采用遺傳算法對分層面進(jìn)行智能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)粗加工分層面的最少；(3)加工單元路徑優(yōu)化:分宏觀層和刀具層兩個層面進(jìn)行優(yōu)化；在宏觀層，根據(jù)工藝方案描述的工藝過程，將所有的數(shù)控加工單元按照宏觀的工藝過程，包括機(jī)床、工位、工序、工步及刀具，進(jìn)行自動排序；在刀具層，對每把刀具關(guān)聯(lián)的加工單元進(jìn)行四級分組，首先將刀具關(guān)聯(lián)的加工單元按照工步類型的不同分成多個二級單元組(包括兩種類型:補(bǔ)加工單元組和目標(biāo)加工單元組，其中補(bǔ)加工單元組在當(dāng)前工步下對之前工步的補(bǔ)加工單元集，而目標(biāo)加工單元則是當(dāng)前工步指定要加工的單元集)，并將補(bǔ)加工單元組先于目標(biāo)加工單元組進(jìn)行加工；其次，將補(bǔ)加工單元組根據(jù)加工單元所在工步的類型對其進(jìn)行再次分組，形成三級單元組，并按照工藝流程順序?qū)@些三級單元組進(jìn)行依次排序；再有，對三級單元組進(jìn)行自上而下的整體分層排序，形成四級單元組；最后，以加工路徑最短為優(yōu)化目標(biāo)，對四級單元組內(nèi)的加工單元采用模擬退火算法進(jìn)行路徑優(yōu)化排序，實(shí)現(xiàn)四級單元組內(nèi)加工路徑的優(yōu)化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)，其特征在于:所述的自動編程子系統(tǒng)，主要包含:(1)自動特征識別:根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的三維幾何模型和毛坯模型，采用分層特征識別方法進(jìn)行零件的特征識別，獲取零件所有的加工特征，并以樹狀結(jié)構(gòu)形式存儲特征識別結(jié)果；(2)工藝方案智能推理:根據(jù)零件類型、加工側(cè)個數(shù)、毛坯類型及特征識別結(jié)果等條件，結(jié)合工藝資源與知識庫模塊中的支撐數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能知識推理從工藝方案模板庫中自動推薦零件的加工方案模板；(3)刀具自動選取:基于特征的幾何參數(shù)及加工階段選取加工刀具，例如基于切削體積比的粗加工刀具選??；(4)加工單元智能構(gòu)造與排序:將刀具融合到加工方案模板中形成完整的工藝方案，再由工藝方案描述的工藝過程驅(qū)動加工單元自動構(gòu)造，即根據(jù)刀具的可加工能力，基于加工過程中的殘留區(qū)域提取出每把刀具可加工的區(qū)域、智能推理選取最優(yōu)加工操作并且計算出加工操作所需的幾何參數(shù)，形成每把刀具的加工單元序列，由工藝方案與加工單元相融合構(gòu)成完整的數(shù)控加工單元序列；(5)加工操作自動生成:將數(shù)控加工單元序列自動映射到CAD/CAM系統(tǒng)的“數(shù)控加工”模塊中的加工操作樹，并自動設(shè)置每個加工操作的幾何參數(shù)、策略參數(shù)、刀具參數(shù)、速度參數(shù)以及進(jìn)退刀連接，并進(jìn)行刀軌計算和加工仿真。
3.—種如權(quán)利要求1所述飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟I):進(jìn)入CAD/CAM平臺的“數(shù)控加工”模塊，并進(jìn)入“飛機(jī)結(jié)構(gòu)件智能數(shù)控加工編程系統(tǒng)”，載入飛機(jī)結(jié)構(gòu)件三維模型和毛坯模型； 步驟2):進(jìn)行零件基本信息的設(shè)定，具體有:(1)零件的類型:壁板、框、梁、肋、接頭等；(2)加工側(cè)個數(shù):包括單面、雙面以及多面；(3)毛坯類型:包括板材、型材、鍛件以及鑄件；步驟3):進(jìn)入模型檢測模塊，結(jié)合零件模型工藝性對零件模型進(jìn)行質(zhì)量檢測，并對不能滿足實(shí)際工藝要求的局部錯誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的修正，使零件模型滿足加工工藝要求，以保證輸入零件模型的正確性； 步驟4):進(jìn)入自動編程模塊，首先需要根據(jù)步驟2)中設(shè)定的零件類型與加工側(cè)信息為每個加工側(cè)設(shè)定對應(yīng)的加工坐標(biāo)系，然后在每個加工坐標(biāo)系下對零件所有的拓?fù)涿孢M(jìn)行面類型識別，以此為基礎(chǔ)識別埋頭孔、沉頭孔、椎孔、圓柱直孔等孔結(jié)構(gòu)，并刪除橫向孔和斜向孔，便于特征識別的順利實(shí)現(xiàn)；在每個加工坐標(biāo)系下，采用基于分層加工思想的廣義槽特征識別方法對零件進(jìn)行加工特征識別，即創(chuàng)建分層層面與零件實(shí)體求交并獲取出每層的交線環(huán)及其內(nèi)外環(huán)關(guān)系，由該關(guān)系確定每層的加工區(qū)域，然后提取出交線環(huán)中邊線依賴的零件拓?fù)涿?，再將交線環(huán)中所有邊線依賴的面進(jìn)行組合，進(jìn)而組成廣義槽特征，再根據(jù)縱向面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件廣義槽特征結(jié)構(gòu)樹； 步驟5):經(jīng)過步驟4)中的特征識別后，人工交互選擇是否載入現(xiàn)有的相似零件工藝方案，如果選擇“是”則從加工方案庫中智能搜索相似零件的工藝方案，再由人工通過交互的方式優(yōu)化選??；否則進(jìn)入工藝方案自動生成模塊，根據(jù)工藝經(jīng)驗知識和零件類型進(jìn)行知識推理，確定當(dāng)前零件的工藝方案模板，包括機(jī)床、工位、工序、工步等，再基于加工特征自動選取刀具，確定各加工階段過程中加工不同特征所需要的刀具參數(shù)和切削參數(shù)，并將加工方案模板和刀具選取結(jié)果進(jìn)行合并，生成完整的工藝方案；通過上述方式構(gòu)建工藝方案后，形成包含八級節(jié)點(diǎn)的樹狀結(jié)構(gòu)，其中七級節(jié)點(diǎn)具體為:零件節(jié)點(diǎn)、機(jī)床節(jié)點(diǎn)、加工側(cè)節(jié)點(diǎn)、工序節(jié)點(diǎn)、工步節(jié)點(diǎn)、程序節(jié)點(diǎn)、刀具節(jié)點(diǎn)及特征節(jié)點(diǎn)；人工可交互修改并且進(jìn)行有效性檢查，最后確認(rèn)保存；如果零件為首次加工，其工藝方案將自動添加到加工方案庫中； 步驟6):再次進(jìn)入自動編程模塊，首先從步驟5)生成的工藝方案中提取出各工步使用的刀具，并基于幾何的刀具選取方法，將刀具與加工特征建立匹配關(guān)系，保證加工特征在不同的加工階段有合適的刀具進(jìn)行加工；然后，根據(jù)工藝方案描述的宏觀工藝流程以及刀具的可加工能力，并在殘留區(qū)域?qū)崟r計算的基礎(chǔ)上求解出刀具的可加工區(qū)域、優(yōu)化選取加工操作并計算加工操作所需的幾何參數(shù)等信息以自動構(gòu)建加工單元，完成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工單元序列的構(gòu)建； 步驟7):在步驟6)數(shù)控加工單元構(gòu)建過程中，需要進(jìn)入數(shù)控加工智能優(yōu)化模塊，進(jìn)行粗加工分層優(yōu)化、加工路徑優(yōu)化等優(yōu)化工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控程序的優(yōu)化； 步驟8):最后，在CAM系統(tǒng)中，自動生成與飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工單元序列對應(yīng)的加工操作樹，其中加工操作是使用一把刀具、一組加工參數(shù)及一條參數(shù)化刀軌所生成的加工程序，將每個加工單元的策略參數(shù)、加工參數(shù)、幾何參數(shù)、刀具參數(shù)以及加工宏參數(shù)分別設(shè)置到對應(yīng)的加工操作中，即可完成加工操作的自動生成，然后再對所有加工操作進(jìn)行刀軌計算和加工仿真，即完成飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控程序的智能編制；最后，通過前后置處理程序?qū)?shù)控加工刀軌轉(zhuǎn)換為相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)的NC代碼。
【文檔編號】G05B19/4097GK103699055SQ201310723872
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月24日
【發(fā)明者】杜寶瑞, 初宏震, 陳樹林, 趙丹 申請人:沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司