基于特征的機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法
【專利摘要】一種基于特征的機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法，其特征是首先讀取機(jī)匣模型及機(jī)匣凸臺(tái)特征信息，自動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間通道加工區(qū)域，然后根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，可以選擇自動(dòng)生成或人工輸入所需加工凸臺(tái)間特征的加工工藝信息，最后自動(dòng)生成粗、精加工軌跡。本發(fā)明涵蓋了凸臺(tái)通道的粗精加工，刀軌計(jì)算效率高、正確率高、靈活性強(qiáng)，大大減輕了工程人員的編程工作量，同時(shí)支持單個(gè)和多個(gè)凸臺(tái)通道的批量處理，能夠滿足工程人員的不同需求。
【專利說(shuō)明】基于特征的機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種CAM技術(shù)，尤其是一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的CAM技術(shù)，具體地說(shuō)是一 種基于特征提機(jī)匣凸臺(tái)間通道的CAM加工方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的動(dòng)力之源，隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比的日益提高，不僅對(duì)航空 發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的要求，對(duì)機(jī)匣的制造也提出更高的挑戰(zhàn)，目前機(jī)匣多 采用鈦合金、高溫合金等耐高溫、難切削材料；結(jié)構(gòu)上以轉(zhuǎn)輪轂面為主體周向分部柱狀島嶼 凸臺(tái)，零件最薄處僅為2-3_厚，屬多島嶼復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件。在機(jī)匣數(shù)控加工中，由于其結(jié) 構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，對(duì)于編程工藝人員的經(jīng)驗(yàn)依賴性很強(qiáng)。目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的數(shù)控加 工編程工作主要在一些商品化CAM平臺(tái)上進(jìn)行，如西門子的UG NX，PTC的Pro/E等。在使 用這些軟件進(jìn)行加工程序編制時(shí)，傳統(tǒng)采用層銑的方式，選擇底面為驅(qū)動(dòng)，以凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)作 為檢查體，利用軟件生成層銑刀軌，但考慮到燃燒室機(jī)匣材料多為鈦合金或高溫合金，在大 量材料去除的粗加工中插銑加工無(wú)論從切削效率或刀具損耗方面都優(yōu)于傳統(tǒng)層銑加工，唯 一不足的是在使用上述軟件進(jìn)行插銑加工程序的編制時(shí)，需要人工點(diǎn)選和構(gòu)建大量的輔助 幾何元素，需要人工設(shè)置大量加工參數(shù)，編程的工作量非常大，且難度較高，另外在人工編 程時(shí)，往往由于人為疏忽、經(jīng)驗(yàn)不足等人為因素導(dǎo)致編程質(zhì)量的穩(wěn)定性較差，后期需要結(jié)合 大量的仿真工作進(jìn)行程序的優(yōu)化，導(dǎo)致編程規(guī)范性不足，效率低下，知識(shí)的積累性差。也正 因?yàn)橐陨显?，插銑加工在?shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用效果不佳。
[0003] 本發(fā)明首次將基于特征的數(shù)控編程思想應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣類零件的加工中， 首先將機(jī)匣零件定義并識(shí)別為一系列適用于機(jī)匣加工的特征類型，其特征識(shí)別方法詳見申 請(qǐng)?zhí)枮?01410188103. 5,發(fā)明名稱為"航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣特征識(shí)別方法"的中國(guó)專利。得到 機(jī)匣特征信息后，結(jié)合成熟的機(jī)匣加工工藝方法，以加工特征作為零件幾何和加工工藝的 有效載體，自動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域，基于加工資源庫(kù)進(jìn)行自動(dòng)工藝決策，并自動(dòng)生成插銑粗加工 和層銑精加工刀軌。該方法計(jì)算效率高、正確率高，大大減輕了工程人員的編程工作量，同 時(shí)每個(gè)環(huán)節(jié)均可以選擇自動(dòng)或人工輸入兩種方式，并支持單個(gè)和多個(gè)凸臺(tái)間通道的批量處 理，靈活性強(qiáng)，能夠滿足工程人員的不同需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對(duì)目前CAM系統(tǒng)中缺少對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣凸臺(tái)間通道的加工模式，即插 銑粗加工和層銑精加工相結(jié)合，以及現(xiàn)有加工編程效率低、質(zhì)量差、靈活性不足等間題，提 出一種基于特征的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法，它首先讀取機(jī)匣模型及機(jī)匣特征 識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間通道的加工區(qū)域，然后根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，可以選擇自動(dòng) 生成或人工輸入所需加工凸臺(tái)間通道的粗、精加工工藝信息，自動(dòng)快速生成粗加工插銑加 工軌跡和精加工軌跡。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于特征的機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法，其特征在于它包括以下步驟：
[0007] (1)在機(jī)匣零件特征定義和特征識(shí)別的基礎(chǔ)上，在CAM環(huán)境下，通過(guò)自動(dòng)讀取機(jī)匣 特征信息或手動(dòng)點(diǎn)選特征面的方式，得到一個(gè)或多個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列；
[0008] (2)基于每個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列，結(jié)合銑削毛述，自動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域；
[0009] (3)根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，采用自動(dòng)和人工相結(jié)合的方法，進(jìn)行加工工藝決 策，得到所選凸臺(tái)間通道的粗、精加工工藝方案；
[0010] (4)結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和粗加工方案，自動(dòng)生成粗加工插銑加工軌跡；
[0011] (5)結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和精加工方案，調(diào)用CAM軟件中對(duì)應(yīng)的加工操作，自 動(dòng)生成通道底面精加工軌跡。
[0012] 所述的待加工的凸臺(tái)間通道特征面列主要包含兩類：凸臺(tái)的底面和凸臺(tái)間通道所 在兩相鄰?fù)古_(tái)的頂面。本方法提供自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式獲得凸臺(tái)間通道特征面列，并且兩 種方式都支持單個(gè)和多個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列的提取或點(diǎn)選，可由操作人員根據(jù)實(shí)際需要 自由決定。
[0013] 1)自動(dòng)獲得凸臺(tái)間通道特征面列：通過(guò)讀取機(jī)匣特征識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)從特征識(shí)別 結(jié)果文件中提取出所需的凸臺(tái)的頂面、底面信息。
[0014] 2)手動(dòng)獲得凸臺(tái)間通道特征面列：通過(guò)人工點(diǎn)選模型中的凸臺(tái)的頂面和底面來(lái) 手動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間通道特征面列。
[0015] 所述的凸臺(tái)間通道加工區(qū)域自動(dòng)構(gòu)建主要包含加工區(qū)域底面的提取，側(cè)面、前后 面及頂面的構(gòu)建，具體方法如下：
[0016] 1)加工區(qū)域底面提取，加工區(qū)域的底面為凸臺(tái)間通道對(duì)應(yīng)的兩相鄰?fù)古_(tái)的底面， 由步驟2可知，已通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)的方式獲得。
[0017] 2)加工區(qū)域側(cè)面構(gòu)建，提取凸臺(tái)間通道對(duì)應(yīng)的兩相鄰?fù)古_(tái)的頂面，作為種子面，基 于全息屬性面邊圖進(jìn)行種子面拓展，獲得此凸臺(tái)間的側(cè)面。
[0018] 3)加工區(qū)域前后面構(gòu)建，加工區(qū)域的前后面為凸臺(tái)間通道沿機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸方向的毛 坯面，可以通過(guò)讀取機(jī)匣銑削用毛坯模型自動(dòng)獲得，也可以通過(guò)加工區(qū)域側(cè)面和底面自動(dòng) 創(chuàng)建，將凸臺(tái)頂面截平面與側(cè)面的交線提取，偏置后延長(zhǎng)與底面相交，在繞機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸進(jìn)行 掃掠，得到加工區(qū)域的前后面：
[0019] 4)加工區(qū)域頂面構(gòu)建
[0020] 加工區(qū)域頂面為銑削毛坯中與凸臺(tái)頂面對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)面，如果讀取了機(jī)匣凸臺(tái)插銑 的毛坯模型，則可由凸臺(tái)間通道所在凸臺(tái)處的回轉(zhuǎn)包絡(luò)面自動(dòng)獲取加工區(qū)域頂面；如果未 讀取則加工區(qū)域的頂面則可根據(jù)加工區(qū)域的側(cè)面、前后面及所在凸臺(tái)的頂面自動(dòng)構(gòu)建加工 區(qū)域頂面：將凸臺(tái)頂面兩截交線端點(diǎn)連線，沿凸臺(tái)頂面外法向偏置一個(gè)凸臺(tái)頂面最大回轉(zhuǎn) 包絡(luò)高度，將偏置線做母線，以機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸為軸線掃掠出加工區(qū)域頂面。
[0021] 所述的根據(jù)加工資源文件，采用自動(dòng)和人工相結(jié)合的工藝決策方式，進(jìn)行插銑粗 加工和層銑精加工的工藝決策，主要包含刀具決策和加工參數(shù)決策，具體如下：
[0022] 1)刀具決策，根據(jù)加工區(qū)域頂面到底面的最大距離以及前后面最小距離確定刀具 長(zhǎng)度限制值和刀具半徑限制值，并根據(jù)刀具庫(kù)中刀具類型，選用長(zhǎng)徑比合適的幾種刀具，并 可由工程人員選用。
[0023] 2)加工參數(shù)確定，結(jié)合加工資源文件，參考以往插統(tǒng)加工和底面精加工的高效參 數(shù)組合，確定側(cè)面、底面加工余量，軸向切深，徑向切寬，以及主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等必要的 加工參數(shù)，所有插銑粗加工和層銑精加工的加工參數(shù)均可由工程人員修改。
[0024] 所述的結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和插銑粗加工方案，自動(dòng)生成粗加工插銑加工軌 跡，主要包含插銑刀軸、刀位點(diǎn)的確定以及刀軌干涉的處理，具體如下。
[0025] 1)將加工區(qū)域側(cè)面偏置刀具半徑r+粗加工余量δ的距離，作為粗加工區(qū)域側(cè)面， 其他加工區(qū)域底面、前后面、頂面不變。
[0026] 2)根據(jù)上述加工參數(shù)，采用沿加工區(qū)域底面法向插銑的加工方法，選用與機(jī)匣回 轉(zhuǎn)軸垂直的截面分層策略對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行分層插銑，首先由刀具的信息及切寬值ae可計(jì) 算出截平面間距z，以z為間距，做一系列等距平面交底面，在每個(gè)平面內(nèi)，以刀具信息和切 寬值ae為依據(jù)，構(gòu)建出本平面上的所有刀軸。
[0027] 3)遍歷每個(gè)刀軸，找到每個(gè)刀軸與底面的交點(diǎn)，并根據(jù)加工參數(shù)中底面和頂面的 偏置值，確定出最高、最低刀位點(diǎn)。
[0028] 4)刀軌干涉處理，遍歷所有刀軌，針對(duì)每個(gè)刀軌，以最高和最低刀位點(diǎn)為限制點(diǎn)， 以刀軸為軸線，刀具半徑為半徑，構(gòu)建圓柱面，將圓柱面與零件模型進(jìn)行相交求取，如果得 不到相交元素或相交元素為一個(gè)點(diǎn)，則此刀軌為正確刀軌，否則將此刀軌刪除。
[0029] 所述的結(jié)合凸臺(tái)間精加工區(qū)域和加工方案，自動(dòng)調(diào)用CAM軟件中的對(duì)應(yīng)操作方 式，將凸臺(tái)間精加工區(qū)域和加工參數(shù)自動(dòng)賦值到對(duì)應(yīng)操作中，并自動(dòng)計(jì)算刀軌生成精加工 軌跡。
[0030] 1)將加工區(qū)域中所有側(cè)面偏置精加工余量δ的距離，作為精加工區(qū)域側(cè)面，其他 加工區(qū)域底面、前后面、頂面不變。
[0031] 2)根據(jù)底面層銑加工方式從CAM系統(tǒng)中選取相應(yīng)的加工操作，將精加工區(qū)域的幾 何元素及工藝決策的結(jié)果自動(dòng)賦到加工操作中，生成底面精加工的刀具軌跡。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是：
[0033] 本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)凸臺(tái)間通道插銑粗加工和層銑精加工刀軌的自動(dòng)生成，計(jì)算效率 高、正確率高、靈活性強(qiáng)，大大減輕了工程人員的編程工作量，同時(shí)支持單個(gè)和多個(gè)凸臺(tái)間 通道的批量處理，能夠滿足工程人員的不同需求。
[0034] 本發(fā)明可通過(guò)讀取機(jī)匣模型及機(jī)匣特征識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間通道的加工區(qū) 域，然后根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，可以選擇自動(dòng)生成或人工輸入所需加工凸臺(tái)間通道的 粗、精加工工藝信息，自動(dòng)快速生成插銑粗加工和層銑精加工刀具軌跡。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0035] 圖1為本發(fā)明的機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法流程圖。
[0036] 圖2為機(jī)匣零件及機(jī)匣凸臺(tái)間通道特征面列示意圖，Q為機(jī)匣模型，其中A為構(gòu)成 機(jī)匣凸臺(tái)間的相關(guān)凸臺(tái)頂面；B為機(jī)匣凸臺(tái)間底面。
[0037] 圖3為全息屬性面邊圖邊角度面角度計(jì)算方法示意圖，A為邊角度計(jì)算方法，B為 面角度計(jì)算方法，其中fl，f 2為兩個(gè)相鄰的面，e為相交邊，Pnid為相交邊的中點(diǎn)，A中ηι、η 2 為相鄰面在Pniid的法向量，選取Α，?·2中任一面為基準(zhǔn)面，這里選取A為基準(zhǔn)面，根據(jù) 右手螺旋法則確定邊e的方向n e，％到n2的角度記為Θ，若θ > π，則邊角度為2 π - Θ， 若θ < π，則邊角度為θ ;Β中^、叫為相鄰面^:^的主法向，同樣選取[為基準(zhǔn)面，根據(jù) 右手螺旋法則確定邊e的方向ne，h到n2的角度記為θ，若θ > π，則面角度為2 ji - θ， 若θ < π，則面角度為Θ。
[0038] 圖4為機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工區(qū)域側(cè)面構(gòu)建示意圖，其中Ρ為兩凸臺(tái)頂面中心點(diǎn)，F(xiàn) 為過(guò)Ρ點(diǎn)和機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸的平面，Si為加工區(qū)域側(cè)面，Ε為平面F與凸臺(tái)側(cè)面的交線，β為兩 F平面間夾角。
[0039]圖5為機(jī)匣銑削加工毛坯示意圖，其中W為機(jī)匣銑削毛坯模型，Α為通過(guò)毛坯直接 得到的加工區(qū)域頂面，B為通過(guò)毛坯直接得到的加工區(qū)域前后面。
[0040] 圖6為機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工區(qū)域前后面構(gòu)建示意圖，其中F為過(guò)凸臺(tái)頂面中心點(diǎn) 沿凸臺(tái)頂面外法向做的截平面，為截平面與凸臺(tái)側(cè)面的兩個(gè)交線，χ為交線偏置距離， Ε' ρΕ' 2為經(jīng)過(guò)偏置處理后的交線，&為加工區(qū)域的前后面。
[0041] 圖7為機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工區(qū)域頂面構(gòu)建示意圖，其中Ε3為構(gòu)成前后面的交線端 點(diǎn)連線，y為連線偏置距離，Ε' 3為連線偏置線即頂面掃掠母線，S!、S2為外插延伸后的側(cè) 面和前后面，β為頂面掃掠角度，T為以P 3為母線掃掠出的頂面。
[0042] 圖8為機(jī)匣凸臺(tái)間通道刀具決策示意圖，其中D為加工區(qū)域頂面到底面的最近距 離，R為前后面之間最短距離，d為刀具長(zhǎng)度，r為刀具半徑。
[0043] 圖9為機(jī)匣凸臺(tái)間通道插銑側(cè)面偏置示意圖，其中r為刀具半徑，δ為側(cè)面偏置 余量。
[0044] 圖10為機(jī)匣凸臺(tái)間通道粗加工插銑等距截面構(gòu)建示意圖，取局部截面放大視圖， 其中Τ為流道頂面，Ε為流道底面，Α為零件邊界，Β為每層刀軌的切削邊界，C為刀軸，D為 等截面，r為刀具半徑，ae為切寬值，Θ為加工區(qū)域底面母線與每層截面的夾角， z為每?jī)?層刀軌之間的截面距離。
[0045] 圖11為機(jī)匣凸臺(tái)間通道粗加工插銑每層刀軸決策示意圖，其中I為等距截面與加 工區(qū)域底面的交線，E為底面加工邊界，T為頂面加工邊界，R為底面交線圓弧的曲率半徑， r為刀具半徑，ae為切寬值，ap為切深值，每層最外側(cè)兩刀軸與機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸構(gòu)成的平面 (簡(jiǎn)稱刀軸平面）間夾角，α2為相鄰兩刀軸平面間夾角。
[0046]圖12為機(jī)匣凸臺(tái)間插銑刀軌示意圖，其中Τ為加工軌跡，Ρ為刀位點(diǎn)示意圖。
[0047] 圖13為機(jī)匣凸臺(tái)間通道精加工刀軌示意圖，其中Τ為加工軌跡。
[0048] 圖14為本發(fā)明的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣特征識(shí)別方法流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0049] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0050] 本發(fā)明針對(duì)目前CAM系統(tǒng)中缺少對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣凸臺(tái)間通道的系統(tǒng)加工模式， 即插銑粗加工和層銑精加工相結(jié)合，以及現(xiàn)有加工編程效率低、質(zhì)量差、靈活性不足等間 題，提出一種基于特征的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣凸間通道加工方法。首先讀取機(jī)匣模型及機(jī)匣特 征識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間通道的加工區(qū)域，然后根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，可以選擇自 動(dòng)生成或人工輸入所需加工凸臺(tái)間通道的粗、精加工工藝信息，自動(dòng)快速生成粗加工插銑 加工軌跡和精加工軌跡。
[0051] 一種基于特征的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣凸間通道加工方法，其流程如圖1所示，包含以 下各步驟：
[0052] 步驟一，在機(jī)匣零件特征定義和特征識(shí)別的基礎(chǔ)上，在CAM環(huán)境下，通過(guò)自動(dòng)讀取 機(jī)匣特征信息或手動(dòng)點(diǎn)選特征面的方式，得到一個(gè)或多個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列。
[0053] 待加工的凸臺(tái)間通道特征面列主要包含兩類：凸臺(tái)的底面和凸臺(tái)間所在兩相鄰?fù)?臺(tái)的頂面。本方法提供自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式獲得凸臺(tái)間特征面列，并且兩種方式都支持單 個(gè)和多個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列的提取或點(diǎn)選，可由操作人員根據(jù)實(shí)際需要自由決定。
[0054] 1)自動(dòng)獲得凸臺(tái)間通道特征面列：通過(guò)讀取機(jī)匣特征識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)從特征識(shí)別 結(jié)果文件中提取出所需的凸臺(tái)的頂面和底面信息。
[0055] 2)手動(dòng)獲得凸臺(tái)間通道特征面列：通過(guò)人工點(diǎn)選模型中的面來(lái)手動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間 通道特征面列，如圖2所示；
[0056] ①通過(guò)手動(dòng)點(diǎn)選凸臺(tái)間通道所在兩相鄰的凸臺(tái)頂面，作構(gòu)建凸臺(tái)間通道加工區(qū)域 的種子面。
[0057] ②通過(guò)手動(dòng)點(diǎn)選長(zhǎng)有上述兩相鄰?fù)古_(tái)的圓錐、圓柱或回轉(zhuǎn)類自由曲面，作為凸臺(tái) 的底面。
[0058] 步驟二，基于每個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列，結(jié)合銑削毛坯，自動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域。
[0059] 加工區(qū)域自動(dòng)構(gòu)建主要包含加工區(qū)域底面的提取，側(cè)面、前后面及頂面的構(gòu)建，具 體方法如下：
[0060] 1)加工區(qū)域底面提取
[0061] 加工區(qū)域的底面為凸臺(tái)間通道對(duì)應(yīng)的兩相鄰?fù)古_(tái)的底面，由上述方法可知，已通 過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)的方式獲得。
[0062] 2)加工區(qū)域側(cè)面構(gòu)建
[0063] 提取凸臺(tái)間通道對(duì)應(yīng)的兩相鄰?fù)古_(tái)的頂面，作為種子面，基于全息屬性面邊圖進(jìn) 行種子面拓展，獲得此凸臺(tái)間的側(cè)面，具體方法如下：
[0064] ①以兩凸臺(tái)頂面為種子面，基于全息屬性面邊圖，進(jìn)行面拓展，搜索符合條件的凸 臺(tái)側(cè)面。
[0065]全息屬性圖是在屬性面邊圖的基礎(chǔ)上加入了更多供特征識(shí)別使用的邊的信息和 面的信息，其內(nèi)容包括：邊的信息：邊的唯一標(biāo)識(shí)、實(shí)邊或虛邊標(biāo)識(shí)、曲線或直線標(biāo)識(shí)、邊屬 于內(nèi)環(huán)或外環(huán)標(biāo)識(shí)、相鄰面夾角、邊夾角、邊長(zhǎng)度；面的信息：面的唯一標(biāo)識(shí)、實(shí)面或虛面標(biāo) 識(shí)、曲面或平面標(biāo)識(shí)、面的主法向、相交面的數(shù)量、面的面積、面的內(nèi)外環(huán)個(gè)數(shù)。
[0066] ②基于上述全息屬性面邊圖可以更清晰地表達(dá)模型中的各面、邊的關(guān)系，以凸臺(tái) 頂面為種子面，遍歷模型中的所有面，找到與種子面成凸連接，即面角度大于180度、邊角 度不為0的所有面，為此凸臺(tái)的側(cè)面，其中邊角度和面角度的計(jì)算方法如圖3所示。
[0067] ③分別找到兩凸臺(tái)頂面的中心P，過(guò)機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸和點(diǎn)P做平面F，可知F與凸臺(tái)側(cè) 面相交，將交線存于E，并利用F裁剪此凸臺(tái)的側(cè)面，提取出位于兩F平面之間的所有側(cè)面部 分，存放于Si，作為此加工區(qū)域的側(cè)面，如圖4所示。
[0068] ④將上述兩F平面也存于Si，并計(jì)算出兩F之間的夾角β，后續(xù)用于前后面的構(gòu) 建。
[0069] 3)加工區(qū)域前后面構(gòu)建
[0070]機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工區(qū)域的前后面為凸臺(tái)間通道沿機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸方向的銑削毛坯 面，如圖5中Β所示，可以通過(guò)讀取機(jī)匣銑削用毛坯模型自動(dòng)獲得，也可以通過(guò)加工區(qū)域側(cè)j 面和底面自動(dòng)創(chuàng)建，其中毛坯模型如圖5所示；
[0071] 如果讀取機(jī)匣銑削毛坯模型，可自動(dòng)獲取加工區(qū)域的前后面，如圖5所示。
[0072] 如果未讀取機(jī)匣銑削毛坯模型，則加工區(qū)域的前后面也可根據(jù)加工區(qū)域的側(cè)面和 底面自動(dòng)構(gòu)建，如圖6所示，具體方法如下：
[0073] ①遍歷E中交線，找到屬于同一個(gè)凸臺(tái)的兩條交線ΕρΕ2，在與此凸臺(tái)想對(duì)應(yīng)的平 面F內(nèi)分別將E 1、E2向外偏移X距離，得到P pE' 2，本方法自動(dòng)給出X默認(rèn)值，可由操作 人員更改；
[0074] ②將E' pE' 2相應(yīng)端點(diǎn)延長(zhǎng)，直到與加工區(qū)域底面相交為止；
[0075] ③分別以P pE' 2為母線，以機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸為軸線，按相應(yīng)方向掃掠 β角度，得到 的掃掠面為加工區(qū)域的前后面，存入S2。
[0076] 4)加工區(qū)域頂面構(gòu)建
[0077] 加工區(qū)域頂面為銑削毛坯中與凸臺(tái)頂面對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)面，如圖5中A所示，如果讀 取了機(jī)匣銑削毛坯模型，則可由凸臺(tái)間通道所在凸臺(tái)處的回轉(zhuǎn)包絡(luò)面自動(dòng)獲取加工區(qū)域頂 面。
[0078] 如果未讀取則機(jī)匣凸臺(tái)間通道的頂面則可根據(jù)加工區(qū)域的側(cè)面、前后面及所在凸 臺(tái)的頂面自動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域頂面，如圖7所示，具體方法如下：
[0079] ①分別將Ρ pE' 2中不與加工區(qū)域底面相連的端點(diǎn)連接，記為E3;
[0080] ②計(jì)算此凸臺(tái)頂面的最大回轉(zhuǎn)包絡(luò)高度y，在E3所在F平面內(nèi)，沿其所在凸臺(tái)頂面 法向，將E 3偏移y距離，如圖7所示，記為E' a;
[0081] ③以K a為母線，機(jī)E回轉(zhuǎn)軸為軸線，按相應(yīng)方向掃掠 β角度，得到的掃掠面為 加工區(qū)域頂面，存入Τ ;
[0082] ④遍歷Si、S2中所有面，在每個(gè)面與頂面相對(duì)應(yīng)的邊處進(jìn)行外插延伸，直到與加工 區(qū)域頂面相交為止，得到的新側(cè)面對(duì)應(yīng)替換存入Si、s 2，得到最終加工區(qū)域側(cè)面和前后面。
[0083] 通過(guò)以上步驟，可以實(shí)現(xiàn)讀取機(jī)匣特征識(shí)別結(jié)果或手動(dòng)點(diǎn)選模型上的面自動(dòng)構(gòu)建 凸臺(tái)間通道的加工區(qū)域。
[0084]步驟三，根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，采用自動(dòng)和人工相結(jié)合的方法，進(jìn)行加工工藝 決策，得到所選凸臺(tái)間通道的插銑粗加工和層銑精加工工藝方案。
[0085] 主要包含刀具決策和加工參數(shù)決策，具體如下：
[0086] 1)刀具決策，包括刀長(zhǎng)、刀具半徑等，如圖8所示，其確定方法如下：
[0087]①根據(jù)加工區(qū)域中頂面到偏置后底面的最短距離L來(lái)確定刀具長(zhǎng)度，如圖8所示， 滿足1，其中1為刀具長(zhǎng)度；
[0088] ②計(jì)算加工區(qū)域前后面之間的最近距離D，如圖8所示，滿足D < d，其中d為刀具 直徑，同時(shí)要考慮刀具庫(kù)中的刀具類型，在滿足條件的情況下，選擇適當(dāng)長(zhǎng)徑比的插銑刀具 和精加工刀具；
[0089] ③從刀具庫(kù)中選取滿足以上兩個(gè)個(gè)條件的刀具，若同時(shí)有多把刀具滿足要求，由 操作人員人工決定選擇哪把刀具。
[0090] 2)加工參數(shù)確定包含側(cè)面、底面加工余量，軸向切深，徑向切寬，以及主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn) 給速度等必要的加工參數(shù)，如圖8所示，相應(yīng)的確定方法如下：
[0091] ①由于機(jī)匣凸臺(tái)間通道插銑屬于機(jī)匣零件粗加工的一部分，所以側(cè)面和底面通常 會(huì)給精加工留有一定的余量，本方法會(huì)根據(jù)以往凸臺(tái)間通道插銑經(jīng)驗(yàn),根據(jù)加工資源文件， 自動(dòng)設(shè)定底面和側(cè)面的偏置默認(rèn)值，并且可以由操作人員人工修改，決定最終偏置值，即粗 加工余量S，用于后續(xù)工藝決策；
[0092] 同樣精加工也可以通過(guò)余量設(shè)置得到粗加工后零件的加工狀態(tài)，從而得到準(zhǔn)確的 精加工區(qū)域。
[0093] ②由于粗加工插銑加工中和層銑精加工中徑向切深和軸向切寬的確定與材料和 刀具參數(shù)有關(guān)，最佳的加工參數(shù)在一定范圍內(nèi)，所以本方法在提取選用的刀具信息后，參考 加工資源文件中的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)值，自動(dòng)設(shè)定切深和切寬值。也可以由操作人員人工修改，決定 最終的參數(shù)值；
[0094] ③主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給速度，包含進(jìn)退刀等設(shè)置均從切削參數(shù)庫(kù)中提取，同時(shí)支持操 作人員人工修改。
[0095] 步驟四，結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和加工方案，自動(dòng)生成插統(tǒng)刀具軌跡，王要包含 插銑刀軸、刀位點(diǎn)的確定以及刀軌干涉的處理，如圖9-12所示。
[0096] 1)根據(jù)上述加工參數(shù)，采用沿底面法向插銑的加工策略，自動(dòng)生成刀具軌跡，主要 包含刀軸的創(chuàng)建和刀位點(diǎn)的確定，具體方法如下：
[0097] ①將加工區(qū)域側(cè)面偏置刀具半徑r+粗加工余量δ的距離，作為粗加工區(qū)域側(cè)面， 其他加工區(qū)域底面、前后面、頂面不變，如圖9所示；
[0098] ②采取與機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸垂直的截面分層策略對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行分層插銑，首先由刀具 的信息及切寬值ae，底面母線與截平面夾角Θ，可計(jì)算出截平面間距z，z = aeXsin0，如 圖10所示，以Z為間距，做一系列等距平面交底面，將交線存于I ;
[0099]③在每個(gè)等距面上，根據(jù)I中交線兩端點(diǎn)間材料剩余夾角（1。，_ =胃（其中S 為交線長(zhǎng)度、R為交線圓弧半徑），以及切深值ap、切寬值ae，計(jì)算出本平面上第一刀的加工 區(qū)域角= 計(jì)算每個(gè)等距面上的刀軸個(gè)數(shù)n，n = |，(若η不為整數(shù)將 η取整加1),從而得到兩相鄰刀軸間的夾角α2，％ = ^;如圖11所示，并構(gòu)建出本平面上的 所有刀軸，存入Τ;
[0100] 2)遍歷Τ中的每個(gè)刀軸，找到每個(gè)刀軸與底面的交點(diǎn)，并根據(jù)加工參數(shù)中底面偏 置值，沿刀軸方向進(jìn)行偏置，設(shè)為插銑刀軌的最低刀位點(diǎn)；每個(gè)刀軸與頂面的交點(diǎn)，同樣進(jìn) 行偏置，設(shè)為插統(tǒng)刀軌的最高刀位點(diǎn)，如圖12中Ρ所示。
[0101] 3)刀軌干涉處理
[0102] 遍歷所有刀軌，針對(duì)每個(gè)刀軌，以最高和最低刀位點(diǎn)為限制點(diǎn)，以刀軸為軸線，刀 具半徑為半徑，構(gòu)建圓柱面，將圓柱面與零件模型進(jìn)行相交求取，如果得不到相交元素或相 交元素為一個(gè)點(diǎn)，則此刀軌為正確刀軌，否則將此刀軌刪除，如圖12為最終刀軌情況。
[0103] 按照上述方法，可根據(jù)凸臺(tái)間通道粗加工區(qū)域和加工方案，自動(dòng)生成插銑加工軌 跡。
[0104] 步驟五，結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和精加工方案，調(diào)用CAM軟件中對(duì)應(yīng)的加工操 作方式，自動(dòng)將精加工區(qū)域和加工參數(shù)賦值到對(duì)應(yīng)操作中，并快速計(jì)算刀軌，如圖13所示。
[0105] 1)將加工區(qū)域中所有側(cè)面偏置精加工余量S的距離，作為精加工區(qū)域側(cè)面，其他 加工區(qū)域底面、前后面、頂面不變。
[0106] 2)根據(jù)底面層銑加工方式從CAM系統(tǒng)中選取相應(yīng)的加工操作，將精加工區(qū)域的幾 何元素及工藝決策的結(jié)果自動(dòng)賦到加工操作中，自動(dòng)生成底面精加工的刀具軌跡，如圖13 所示。
[0107] 按照上述方法，可根據(jù)凸臺(tái)間通道精加工區(qū)域和加工方案，自動(dòng)生成刀具加工軌 跡。
[0108] 本發(fā)明的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣特征識(shí)別方法（詳見申請(qǐng)?zhí)枮?01410188103. 5的中國(guó) 專利申請(qǐng)）如圖14,具體步驟包括：
[0109] 步驟1 :分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，定義滿足機(jī)匣銑削加工要求的環(huán)形槽特 征和凸臺(tái)特征類型；
[0110] 步驟2 :對(duì)機(jī)匣零件進(jìn)行預(yù)設(shè)置并提取零件所有面、邊信息；
[0111] 步驟3 :基于種子面、分型面及拓展規(guī)則進(jìn)行面搜索，構(gòu)建機(jī)匣環(huán)形槽特征和凸臺(tái) 特征；
[0112] 步驟4 :提取機(jī)匣環(huán)形槽特征的所有信息，得到特征識(shí)別結(jié)果，存入XML文件。
[0113] 所述的分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，定義滿足機(jī)匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征 和凸臺(tái)特征類型是指 ：
[0114] 通過(guò)分析機(jī)匣結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工特性，將機(jī)匣加工特征定義為環(huán)形槽特征和凸臺(tái)特 征的組合，其中環(huán)形槽特征包含頂面、側(cè)面、底角面和底面，且底面上長(zhǎng)有周向分布的凸臺(tái) 特征，其中每個(gè)凸臺(tái)特征又包含頂面、側(cè)面、底角面和底面。
[0115] 所述的對(duì)機(jī)匣零件進(jìn)行預(yù)設(shè)置并提取零件所有面、邊信息是指：
[0116] 預(yù)設(shè)置包含設(shè)定加工坐標(biāo)系和選定分型面，規(guī)定將Z軸選為機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸線方向， X、Y軸不作限定；分型面選擇與Z軸垂直且法向平行Z軸的最低平面；其中零件的面、邊信 息包含面、邊的幾何信息及面、邊與其相鄰幾何元素的連接關(guān)系。
[0117] 所述的種子面為基于拓展規(guī)則進(jìn)行特征構(gòu)建的初始值，環(huán)形槽特征的種子面為機(jī) 匣零件上的錐面、柱面及環(huán)形曲面；凸臺(tái)特征的種子面為環(huán)形槽特征的底面列。
[0118] 所述的構(gòu)建機(jī)匣環(huán)形槽特征時(shí)，首先根據(jù)機(jī)匣種子面依據(jù)底面拓展規(guī)則得到正確 的環(huán)形槽底面；再根據(jù)底面依據(jù)底角面拓展規(guī)則得到正確的底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側(cè) 面拓展規(guī)則獲得正確的側(cè)面；最后根據(jù)側(cè)面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的頂面。
[0119] 所述的構(gòu)建機(jī)匣凸臺(tái)特征時(shí)，首先根據(jù)凸臺(tái)種子面（即凸臺(tái)的底面）依據(jù)凸臺(tái)底 角面拓展規(guī)則得到正確的凸臺(tái)底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側(cè)面拓展規(guī)則獲得正確的凸臺(tái)側(cè) 面；最后根據(jù)側(cè)面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的凸臺(tái)頂面。
[0120] 機(jī)匣環(huán)形槽特征的所有信息按頂面、側(cè)面、底角面、底面、凸臺(tái)的順序存入XML文 件，其中每個(gè)凸臺(tái)特征包含凸臺(tái)頂面、側(cè)面、底角面和底面。
[0121] 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. 一種基于特征的機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工方法，其特征是它包括以下步驟： 步驟1 :在機(jī)匣零件特征定義和特征識(shí)別的基礎(chǔ)上，在CAM環(huán)境下，通過(guò)自動(dòng)讀取機(jī)匣 特征信息或手動(dòng)點(diǎn)選特征面的方式，得到一個(gè)或多個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列； 步驟2 :基于每個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列，結(jié)合銑削毛坯，自動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域； 步驟3 :根據(jù)加工資源庫(kù)中的數(shù)據(jù)，采用自動(dòng)和人工相結(jié)合的方法，進(jìn)行工藝決策，得 到所選凸臺(tái)間通道的插銑粗加工和層銑精加工工藝方案； 步驟4 :結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和粗加工工藝方案，自動(dòng)生成插銑粗加工軌跡； 步驟5 :結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和精加工工藝方案，自動(dòng)調(diào)用CAM軟件中的對(duì)應(yīng)操作 方式，將凸臺(tái)間通道精加工區(qū)域和加工參數(shù)自動(dòng)賦值到對(duì)應(yīng)操作中，并自動(dòng)計(jì)算刀軌，生成 精加工軌跡。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的凸臺(tái)間通道特征面列包含兩類：凸臺(tái)的 底面和凸臺(tái)間通道所在兩相鄰?fù)古_(tái)的頂面；采用自動(dòng)和手動(dòng)兩種方式獲得凸臺(tái)間通道特征 面列，并且兩種方式都支持單個(gè)和多個(gè)凸臺(tái)間通道特征面列的提取或點(diǎn)選，可由操作人員 根據(jù)實(shí)際需要自由決定： 1) 采用自動(dòng)獲得凸臺(tái)間通道特征面列是指：通過(guò)讀取機(jī)匣特征識(shí)別結(jié)果，自動(dòng)從特征 識(shí)別結(jié)果文件中提取出所需的凸臺(tái)的頂面和底面信息； 2) 采用手動(dòng)獲得凸臺(tái)間通道特征面列是指：通過(guò)人工點(diǎn)選模型中的凸臺(tái)的頂面和底 面來(lái)手動(dòng)構(gòu)建凸臺(tái)間特征面列。
3. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征是所述的自動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域主要包含加工區(qū)域底面 的提取，側(cè)面、前后面及頂面的構(gòu)建；其中： 1) 加工區(qū)域底面提??；加工區(qū)域的底面為凸臺(tái)間通道對(duì)應(yīng)的兩相鄰?fù)古_(tái)的底面，采用 權(quán)利要求2所述方法通過(guò)自動(dòng)或手動(dòng)的方式獲得； 2) 加工區(qū)域側(cè)面構(gòu)建；提取凸臺(tái)間通道對(duì)應(yīng)的兩相鄰?fù)古_(tái)的頂面，作為種子面，基于 全息屬性面邊圖進(jìn)行種子面拓展，獲得此凸臺(tái)間通道加工區(qū)域的側(cè)面； 3) 加工區(qū)域前后面構(gòu)建；機(jī)匣凸臺(tái)間通道加工區(qū)域的前后面為凸臺(tái)間通道沿機(jī)匣回 轉(zhuǎn)軸方向的毛坯面；通過(guò)讀取機(jī)匣銑削用毛坯模型自動(dòng)獲得，或通過(guò)加工區(qū)域側(cè)面和底面 自動(dòng)創(chuàng)建，將凸臺(tái)頂面截平面與側(cè)面的交線提取，偏置后延長(zhǎng)與底面相交，在繞機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸 進(jìn)行掃掠，得到加工區(qū)域的前后面； 4) 加工區(qū)域頂面構(gòu)建；加工區(qū)域頂面為鐵削毛還中與凸臺(tái)頂面對(duì)應(yīng)的回轉(zhuǎn)面，如果讀 取了機(jī)匣銑削毛坯模型，則可由凸臺(tái)間通道所在凸臺(tái)處的回轉(zhuǎn)包絡(luò)面自動(dòng)獲取加工區(qū)域頂 面；如果未讀取則加工區(qū)域的頂面則可根據(jù)加工區(qū)域的側(cè)面、前后面及所在凸臺(tái)的頂面自 動(dòng)構(gòu)建加工區(qū)域頂面：將凸臺(tái)頂面兩截交線端點(diǎn)連線，沿凸臺(tái)頂面外法向偏置一個(gè)凸臺(tái)頂 面最大回轉(zhuǎn)包絡(luò)高度，將偏置線做母線，以機(jī)匣回轉(zhuǎn)軸為軸線掃掠出加工區(qū)域頂面。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的工藝決策包括刀具決策和加工參數(shù)決 策； 1) 刀具決策，根據(jù)加工區(qū)域頂面到底面的最大距離以及前后面最小距離確定刀具長(zhǎng)度 限制值和刀具半徑限制值，并根據(jù)刀具庫(kù)中刀具類型，自動(dòng)選用長(zhǎng)徑比合適的幾種刀具或 由工程人員選用； 2) 加工參數(shù)確定，結(jié)合加工資源文件，參考以往粗、精加工的高效參數(shù)組合，自動(dòng)確定 側(cè)面、底面加工余量，軸向切深，徑向切寬，以及主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度，或由工程人員修改。
5. 如權(quán)利要求1所述方法，其特征是所述的自動(dòng)生成粗加工插銑加工軌跡主要包含插 銑刀軸、刀位點(diǎn)的確定以及刀軌干涉的處理，具體步驟為： 1) 將加工區(qū)域側(cè)面偏置刀具半徑r+粗加工余量δ的距離，作為粗加工區(qū)域側(cè)面，其他 加工區(qū)域底面、前后面、頂面不變； 2) 根據(jù)步驟1)的加工參數(shù)，采用沿加工區(qū)域底面法向插銑的加工方法，選用與機(jī)匣回 轉(zhuǎn)軸垂直的截面分層策略對(duì)加工區(qū)域進(jìn)行分層插銑，首先由刀具的信息及切寬值 ae計(jì)算 出截平面間距z，以z為間距，做一系列等距平面交底面，在每個(gè)平面內(nèi)，以刀具信息和切寬 值ae為依據(jù)，構(gòu)建出本平面上的所有刀軸； 3) 遍歷每個(gè)刀軸，找到每個(gè)刀軸與底面的交點(diǎn)，并根據(jù)加工參數(shù)中底面和頂面的偏置 值，確定出最高、最低刀位點(diǎn)； 4) 刀軌干涉處理，遍歷所有刀軌，針對(duì)每個(gè)刀軌，以最高和最低刀位點(diǎn)為限制點(diǎn)，以刀 軸為軸線，刀具半徑為半徑，構(gòu)建圓柱面，將圓柱面與零件模型進(jìn)行相交求取，如果得不到 相交元素或相交元素為一個(gè)點(diǎn)，則此刀軌為正確刀軌，否則將此刀軌刪除。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的結(jié)合凸臺(tái)間通道加工區(qū)域和精加工工藝 方案，自動(dòng)調(diào)用CAM軟件中的對(duì)應(yīng)操作方式，將凸臺(tái)間通道精加工區(qū)域和加工參數(shù)自動(dòng)賦 值到對(duì)應(yīng)操作中，并自動(dòng)計(jì)算刀軌生成精加工軌跡是指： 1) 將加工區(qū)域中所有側(cè)面偏置精加工余量s的距離，作為精加工區(qū)域側(cè)面，其他加工 區(qū)域底面、前后面、頂面不變； 2) 根據(jù)底面層銑加工方式從CAM系統(tǒng)中選取相應(yīng)的加工操作，將精加工區(qū)域的幾何元 素及工藝決策的結(jié)果自動(dòng)賦到加工操作中，生成底面精加工的刀具軌跡。
【文檔編號(hào)】G05B19/4097GK104216335SQ201410444351
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月2日
【發(fā)明者】李迎光, 郝小忠, 馬斯博, 劉旭 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)