CN102799144A

CN102799144A - 基于特征的数控加工程序移植方法

Info

Publication number: CN102799144A
Application number: CN2012102970802A
Authority: CN
Inventors: 李迎光; 刘长青; 郝小忠; 楚王伟; 李海; 周鑫
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2032-08-21
Also published as: CN102799144B

Abstract

一种基于特征的数控加工程序移植方法，它首先基于CAD三维模型进行特征识别，根据特征识别结果提取生成刀轨的驱动几何，然后进行初步工艺决策，决策出加工顺序、加工特征的加工操作类型、刀轨策略等，然后零件的总体信息、特征信息及决策信息存储在XML文件中，作为进一步工艺决策的基础。基于XML文件中的信息，考虑生产的实际状态，决策机床、刀具以及切削参数，利用CAM软件的刀轨生成功能生成刀轨，进而输出数控程序。本发明因为单独生成了基于特征的驱动几何与刀轨策略，这些信息不依赖与机床与刀具，可以根据实际生产状态智能移植数控程序，适应不同的机床与刀具，不需要重新编程，提高了生产效率。

Description

基于特征的数控加工程序移植方法

技术领域

本发明涉及一种机械零件加工方法，尤其是一种机械零件数控加工程序的生成方法，具体地说是一种能根据生产状态快速将已生产的加工程序移值到新的生产状态中，从而节省大量编程时间，减少加工预备周期的基于特征的数控加工程序移植方法。

背景技术

目前，随着数控加工行业应用的深入以及用户要求的提升，数控加工行业出现越来越多多批次小批量、高附加值的零件，其对加工精度与生产周期的要求越来越高，数控加工过程的工况趋向于复杂，对加工过程的控制提出了更高的要求。在实际生产过程中，由于调度或者各种紧急情况，生产条件如机床、刀具等常常会临时发生变化，而目前的数控程序是面向机床与刀具的，不能适应这种变化。当机床或刀具发生变化时，因为其相应的切削参数包括主轴转速、进给速度、切削切宽需要改变，尤其是切深和切宽的改变，需要改变刀轨，所以需要重新编程，而重新编程会严重影响零件的交货周期，同时也影响生产计划。

目前的数控编程方法是通过工艺决策系统决策出机床、刀具和切削参数，然后选择驱动几何，进而生成刀轨，直接生成数控程序，即G&M代码，没有中间数据。而G&M代码只包含简单的运动控制信息，几何信息丢失，而且是面向特定的机床与数控系统的，一旦机床发生改变，数控程序即不能使用，需要面向新的机床重新编程。对于生产状态更改频繁的多品种小批量零件的生产来说，目前的数控编程方法已经严重影响了其生产效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有的数控加工程序通用性差，一旦生产状态（包括机床参数和刀具参数等）发生变化，则必须根据新的生产状态重新从头开始生成新的数控加工程序，造成生产准备周期长，影响生产效率提高的问题，发明一种只要零件特征不发生变化，只需输入新的生产状态即能快速生产相匹配的数控加工程序的基于特征的数控加工程序移植方法。

本发明的技术方案是：

一种基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是在进行数控加工程序生成时采取以下措施，以便当所述零件的生产状态发生变化时能利用CAM软件的刀轨生成功能生成刀轨，进而输出与改变后的生产状态相匹配的数控加工程序；所述的措施包括以下步骤：

步骤一：利用CAD三维模型对零件的特征进行识别；

步骤二：根据特征识别结果生成特征加工区域，提取用来生成刀轨的驱动几何；

步骤三：从工艺数据库中选择相应的工艺规程进行初步的工艺决策，生成加工顺序、加工操作类型、加工特征的刀轨策略；

步骤四：根据所得的零件特征将驱动几何、属性信息与初步工艺决策结果存储在XML文件中，将零件的总体信息也存入XML文件，作为进一步工艺决策的基础；

步骤五：根据XML文件中的信息，加入实际生产状态参数，进一步决策机床、刀具以及切削参数；

步骤六：根据进一步决策后的参数，利用CAM软件的刀轨生成功能生成刀轨，进而输出数控加工程序；

如果实际生产状态发生改变，不需重新从步骤一开始，只需重复步骤五、六即可得到生产状态改变后的数控加工程序，从而实现数控加工程序从一个生产状态向另一个生产状态的快速移植。

所述的生产状态包括机床参数和刀具参数。

所述的特征识别的识别结果包含特征的几何信息及其几何属性，其中几何信息又包含特征的组成几何元素，几何属性包括特征的相关尺寸。

所述刀轨策略包括进退刀方式及参数、走刀方式及参数、刀轨层间连接方法、驱动几何之间的刀轨连接方法和过渡圆角半径。

所述的驱动几何的存储利用几何元素在CAD/CAM软件中的唯一标识码存储，能与三维CAD模型的几何元素自动进行唯一对应。

所述的零件的总体信息包括零件编号、零件类型、零件尺寸、材料和公差要求。

所述的XML文件的存储格式为：首先存放零件的总体信息，然后按照加工顺序以特征为单元组织驱动几何信息、刀轨策略信息。

本发明的有益效果：

本发明改变了传统数控程序的生成步骤，基于XML保存了基于特征的驱动几何信息、刀轨策略信息与零件总体信息，当生产状态发生改变时，可基于XML进行决策机床、刀具和切削参数，不需要重新编程，提高了数控加工的生产效率。

本发明因为单独生成了基于特征的驱动几何与刀轨策略，这些信息不依赖与机床与刀具，可以根据实际生产状态智能移植数控程序，适应不同的机床与刀具，不需要重新编程，提高了生产效率。

XML文件是可扩展标记语言 (Extensible Markup Language, XML) ，用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。XML是标准通用标记语言 (SGML) 的子集，非常适合 Web 传输。XML 提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据。本专利采用了XML文件作为数据存储文件，可以非常方便地存储本专利所需要存储的结构化数据。

本发明可提高数控加工程序的通用性，缩短生产准备周期。

附图说明

图1 为本发明的基于特征的支持智能移植的数控程序生成方法的流程图；

图2 为一个典型飞机双面框类结构件，其中包含了较为全面的特征类型如：Cavity表示槽特征；Rib表示筋特征；Hole表示孔特征；Contour表示轮廓特征；

图3为飞机结构件中的一个槽特征，Side表示侧面，Bottom表示底面，Top表示顶面，Corner表示转角面，BottomCorner表示底角面，DriveEdge为驱动边，为槽特征毛胚的长度，为槽特征毛胚的宽度，

Figure 2012102970802100002DEST_PATH_IMAGE006

为槽特征毛胚的高度，

Figure 2012102970802100002DEST_PATH_IMAGE008

为槽特征侧壁的厚度，

Figure 2012102970802100002DEST_PATH_IMAGE010

为槽特征的深度，

Figure 2012102970802100002DEST_PATH_IMAGE012

为槽特征转角面的转角半径，

Figure 2012102970802100002DEST_PATH_IMAGE014

为槽特征底角面的底角半径；

图4为XML文件信息文件截图，WhInf表示总体信息，TInf表示刀轨决策信息，初步决策出操作类型、进退刀刀位点以及进退刀轨迹，GeInf表示槽特征加工信息，DrInf表示的是槽特征的驱动信息，包含了特征的驱动面以及面上的驱动边；

图5为假定的原始生产状态下的NC代码部分截图；

图6是假定的生产状态发生改变后得到的NC代码部分截图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1-6所示。

一种基于特征的数控加工程序移植方法，它包含以下步骤（如图1）：

步骤一：基于CAD三维模型进行特征识别；

步骤三：进行初步工艺决策，决策出加工顺序、加工操作类型、加工特征的刀轨策略；

步骤四：基于特征将驱动几何、属性信息与初步工艺决策结果存储在XML文件中，将零件的总体信息也存入XML文件，作为进一步工艺决策的基础；

步骤五：基于XML文件中的信息，考虑生产的实际状态，进一步决策机床、刀具以及切削参数；

步骤六：利用CAM软件的刀轨生成功能生成刀轨，进而输出数控程序；

步骤七：如果生产状态如机床或者刀具发生改变，不需重新从步骤一开始，只需重复步骤五即可。

其中几何信息包含特征的组成几何元素，属性信息包括特征的相关尺寸；刀轨策略包括进退刀方式及参数、走刀方式及参数、刀轨层间连接方法、驱动几何之间的刀轨连接方法、过渡圆角半径等。驱动几何的存储利用几何元素在CAD/CAM软件中的唯一标识码存储，可与三维CAD模型的几何元素自动进行唯一对应。零件的总体信息包括零件编号、零件类型、零件尺寸、材料、公差要求等。XML文件的存储格式为：首先存放零件的总体信息，然后按照加工顺序以特征为单元组织驱动几何信息、刀轨策略信息。

下面以一个典型的飞机结构件为例作进一步的说明，但本发明并不仅限于该零件。

如图2所示的飞机框件中包含着槽特征、筋特征、孔特征和轮廓特征等众多特征，每个特征都有更细致的分类并且也包含更多的信息。本发明在图3具体的提供了一个槽的例子。

图1是本发明的基于特征的支持智能移植的数控程序生成方法的流程图。如图所示，包含以下步骤：

1、将一个基于CAD的三维模型输入到CAM软件中，对零件模型进行特征识别。特征识别的方法可以通过基于属性面边图的方法进行自动识别，也可以通过人工点选的交互特征识别方式来提取零件的特征信息。特征识别结果包含着该零件每个特征的全部信息。如图所示，槽特征识别后得到的信息有：

特征信息：侧面Side；顶面Top；腹板面Bottom；转角面Corner；底角面BottomCorner。对于复杂槽特征还有层，下陷面等驱动面信息。

总体信息：零件的几何尺寸、零件材料信息、零件加工精度、腹板面与侧面的加工余量等信息。

2、根据特征识别结果将识别到的特征信息进行处理得到可以加工的特征区域，用户根据需求选择需要加工的特征，进而可以根据得到的特征信息提取生成刀轨的驱动几何。

如图3所示，根据识别后得到的驱动面信息，可得到槽的加工区域。在精加工过程中，具体的加工方式可以根据所选驱动面不同得到不同的刀轨。实际应用中铣转角Corner，铣内型Side，还是铣腹板Bottom由用户信息决定。

3、进行初步工艺决策，根据已得到的驱动信息决策出特征的加工顺序、每个特征的进退刀方式以及刀轨连接方式等信息。

4、将总体信息、零件信息模型、特征几何和特征加工信息存储到XML文件中。

如图4所示，总体信息、特征加工信息与特征几何在特征识别结果列表内：在特征列表内首先提供了选用的加工操作为铣内型，螺旋下刀角度3°，理论内外型及进退刀平面与槽底面夹角3°，进刀点(-60,40,-41.5)进刀半径为8mm，退刀点（-60，45，-70）退刀半径为8mm等信息。

XML文件中在-<槽特征>中首先给出了要加工的特征序号0001P，之后的信息中包含着槽特征的加工尺寸信息、驱动面和驱动边信息以及切削参数信息。在加工尺寸中定义了槽的轴向方向（0,0,1），槽转角面的转角半径为6mm，槽底角面的底角半径为3 mm，槽的深度为28.5 mm等信息；槽的驱动面信息包括与槽特征有关的每一个面信息，每一个转角面、底角面、侧面等都用Tag值标识来区分，同样每个面上的驱动边信息同样用几何元素唯一标识Tag值区分，Tag值作为驱动信息的一种属性信息，可以明确区分任何一个不同的驱动元素；槽特征的初步切削参数也在槽特征列表中定义，如槽特征的最大允许半径为50 mm，最小转角半径为6mm，槽的最大容错值以及槽的清根底角半径为5mm等信息。

5、进行加工的仿真。首先将XML的信息输入到待加工零件中，考虑到实际生产情况进一步工艺决策。进一步的工艺决策要有制造资源信息与工艺知识信息，此类信息由已存在的工艺支撑数据库提供，包含着刀具库、机床库、工艺数据库、切削参数库、工装库等。

根据假定的实际生产状况，决策出一台五轴高速数控铣床，刀具为D20L60R3，决策出的切削参数为：主轴转速S=10000r/min,进给速度 F=7500mm/min,刀具切宽 AE= 3mm,刀具最大切深 AP= 5mm。

6、基于XML文件的信息，在CAM软件中将驱动几何的唯一标识映射为几何元素，利用CAM软件根据得到的信息利用刀轨生成功能生成刀轨，进而输出数控程序。刀轨的部分NC代码如图5所示。

7、如果生产状态发生改变，假定重新决策出的机床为低速机床，刀具为D16L40R3，切削参数变为：S=3500r/min, F=1500mm/min, AE= 2mm, AP= 1.5mm，不需要重新编程及修改XML的文件，只需要重新执行实施方式步骤5和6，利用CAM软件重新生成新的刀轨即可，重新生成的部分NC代码如图6。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是在进行数控加工程序生成时采取以下措施，以便当所述零件的生产状态发生变化时能利用CAM软件的刀轨生成功能生成刀轨，进而输出与改变后的生产状态相匹配的数控加工程序；所述的措施包括以下步骤：

步骤一：利用CAD三维模型对零件的特征进行识别；

步骤三：进行初步的工艺决策，生成加工顺序、加工操作类型、加工特征的刀轨策略；

2.根据权利要求1所述的基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是所述的生产状态包括机床参数和刀具参数。

3.根据权利要求1所述的基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是所述的特征识别的识别结果包含特征的几何信息及其几何属性，其中几何信息又包含特征的组成几何元素，几何属性包括特征的相关尺寸。

4.根据权利要求1所述的基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是所述刀轨策略包括进退刀方式及参数、走刀方式及参数、刀轨层间连接方法、驱动几何之间的刀轨连接方法和过渡圆角半径。

5.根据权利要求1所述的基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是所述的驱动几何的存储利用几何元素在CAD/CAM软件中的唯一标识码存储，能与三维CAD模型的几何元素自动进行唯一对应。

6.根据权利要求1所述的基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是所述的零件的总体信息包括零件编号、零件类型、零件尺寸、材料和公差要求。

7.根据权利要求1所述的基于特征的数控加工程序移植方法，其特征是所述的XML文件的存储格式为：首先存放零件的总体信息，然后按照加工顺序以特征为单元组织驱动几何信息、刀轨策略信息。