CN103454974A - 复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法，其特征在于：该模式基于工艺方案模板生成飞机构件总体加工方案；然后根据工艺方案中所描述的零件加工工艺过程以及制造资源的可加工能力驱动加工单元构造，完成零件表面所有特质的自动加工；其具体包括以下步骤：1）交互设定；2）特征识别；3）刀具选择；4）加工单元构建；5）加工操作生成；6）后置处理。该编程方法提出工艺方案驱动的智能编程模式，以此有效解决手动编程效率低、程序质量不稳定等缺点。

Description

复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法

技术领域

本发明涉及一种复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法，用于实现符合工艺要求的结构件自动数控编程，属于数字化数控编程技术领域。

背景技术

现代飞机生产制造过程中，70%以上的结构件需要采用数控加工技术，而目前仍采用传统手动编程方法进行编程加工，即以工艺人员的经验分析为主，在制定工艺流程和编制数控加工程序时，采用反复手工交互的编程模式，一个常规结构件加工程序的编制就需要点击鼠标上万次，可见手动编程存在周期长、效率低，过程繁琐、工作量大，程序质量不稳定等一系列问题。

而实现数控加工自动编程是解决上述问题的有效技术途径。一个壁板类零件一般需要2～3天的加工时间，采用手动编程，则需要编程人员对所有加工特征逐一进行重复选取加工模块，设置加工路径、导引轮廓线、刀具尺寸、宏指令等一系列操作步，编制其数控加工程序多则需要1～2个月，可见编程时间远远多于加工时间。究其根源，可总结为以下两方面：一是数控编程过程中的工艺准备与编程技术智能化程度低，过分依赖工艺人员的经验知识；二是编程过程自动化程度低，人机交互设置加工参数的工作量大。而采用自动编程方法只需编程人员交互选取零件、毛坯和加工坐标系后，系统会自动生成零件的数控加工程序。因此相对于手动编程方法，自动编程具有程序编制效率高、人工投入少、程序重复性好、切削参数便于修改等优点。

目前，对飞机结构件交互式数控编程的一般过程为先制订零件的数控加工工艺方案，包括工序、工步、走刀路线及切削用量等，采用的刀具、机床及工装等设备加工资源，然后根据工艺方案编制数控程序。这种编程过程符合程序员的编程习惯，并能充分体现程序员的工艺思想。此外，飞机结构件的特征结构相似程度较高，每一类结构件的工艺方案均比较成熟、稳定，致使工艺方案设计相对比较简单，且存在较多零件采用相似的工艺方案。因此，为实现符合工艺要求的飞机结构件自动数控编程，提出工艺方案驱动的智能编程模式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法，该编程方法提出工艺方案驱动的智能编程模式，以此有效解决手动编程效率低、程序质量不稳定等缺点。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法，其特征在于：该模式基于工艺方案模板生成飞机构件总体加工方案；然后根据工艺方案中所描述的零件加工工艺过程以及制造资源的可加工能力驱动加工单元构造，完成零件表面所有特质的自动加工；其具体包括以下步骤：

1）交互设定：采用交换设定的现实形式，选取零件、毛坯模型及加工坐标系等基本信息，并自动匹配工艺方案模板；

2）特征识别：采用分层特征识别方法识别并构造零件的加工特征，并以广义槽树状结构存储各类加工特征；

3）刀具选择：以工艺方案模板中各工序/工步加工的工艺特征为基础进行刀具选取，并使所选刀具与工艺方案模板相融合，构造完整的工艺方案，确定工序、工步及各类加工资源，并供程序员修改以体现工艺员的编程思想；

4）加工单元构建：以工艺方案为基础，在残留模型的基础上根据刀具的可加工能力构建数控加工单元，然后对每个工步下的加工单元进行优化排序以符合工艺及最短路径要求，并将序列化后的加工单元与工艺方案相融合生成数控加工链；

5）加工操作生成：采用一个加工单元实例化一个加工操作的映射原则，将所获取的数控加工链映射到CATIA数控加工模块中，进而完成加工刀轨的计算；

6）后置处理：按照给定的控制系统代码的具体格式要求将刀轨文件转换为NC代码，最终完成零件数控程序的自动生成。

本发明专利顺应国际自动编程技术的主流形式，提出工艺方案驱动的智能编程模式，以此有效解决手动编程效率低、程序质量不稳定等缺点。

附图说明

图1智能数控编程模式框图。

图2交互设定的流程图。

图3特征识别的流程图。

图4刀具选取的流程图。

图5加工单元构建的流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法，零件或毛坯（S1）通过交互设定和特征识别的步骤提取出加工特征（S2）；然后基于零件几何特征进行刀具选择，再依据工艺方案模板（S3），并通过加工单元构建形成数控加工链（S4），然后根据工艺方案中所描述的零件加工工艺过程以及制造资源的可加工能力驱动加工单元构建，完成零件表面所有特征的自动加工程序（S5），最后通过后置处理来实现NC代码（S6）的生产。

如图2所示，所述的交互设定为：采用交互设定的方式为飞机结构件的自动化数控加工编程的实现做前期准备工作，具体任务包括加工目标零件选取与零件相关信息编辑（S1），零件加工坐标系的创建、选取与坐标系变换（S2），零件毛坯创建、选取及信息编辑（S3），机床选择与相关信息编辑（S4）。

如图3所示，所述的特征识别为：该模式中采用基于广义槽分层的加工特征识别方法对飞机结构件上的特征进行识别，如槽、内陷、腹板、筋及开口等，该方法能够合理且有效地解决飞机结构件在特征识别过程中的相交特征及直纹曲面的识别问题。具体任务包括特征识别设定和识别操作（S1），对识别的特征进行修正（S2），对修正的特征进行重新组合（S3）。

如图4所示，所述的刀具选择：采用以从飞机结构件和毛坯模型中提取和计算得到的零件加工特征的截面形状、面积以及最小曲率半径等相关几何特性作为飞机结构件自动数控编程刀具选取的几何依据，为零件进行粗加工、腹板加、转角加工、精加工内外形、开口、切断加工选择合理的刀具，具体任务包括刀具选择设定（S1），即人工选刀（S3）和自动选刀（S4），选择刀具（S2），修改刀具（S5）。

所述的加工单元构建：根据飞机结构件数控加工自身具有的特点和工艺流程，由已知的工艺方案去驱动程序自动建立每把刀具可加工的加工单元，并基于工艺过程及经验知识的排序以及基于模拟退火优化算法的几何优化排序，最终实现飞机结构件的自动化编程，具体任务包括识别并构造飞机结构件加工特征，构建加工域树状结构，自动规划飞机结构件工艺方案，计算刀具可加工的加工单元，具体流程如图5所示。。

所述的加工操作构建：按照一个加工单元实例化一个加工操作的映射原则，将数控加工链映射到CATIA数控加工模块，获取实现飞机结构件数控加工的全部操作步，最终获取飞机结构件的数控加工刀轨计算文件。

所述的后置处理：是数控加工自动编程过程中一个重要组成部分，是飞机结构件自动编程与零件数控加工连接的纽带，其主要任务是对前置处理过程中生成的刀位文件进行处理，生成特定数控系统能够识别的控制指令代码，以及实现不同数控系统之间指令代码的相互转换。

复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法过程为：（1）基于特征的制造资源选取；（2）基于制造资源及流程构造加工单元。

基于特征的制造资源选取：首先提取和计算所加工零件和毛坯模型表面上的加工特征的截面形状、面积及最小曲率半径等相关几何特性，并以提取到的几何特性作为数控编程过程中刀具选取的几何依据，在给定适当加工余量和保证零件加工过程中不发生过切的前提下，先确定零件加工所需小刀具的直径尺寸；再根据零件特征整体数控加工时间最短的原则，判定是否需要采用两把刀具进行数控加工以及确定数控加工过程中所选用的大刀具的直径尺寸，基于上述这些操作过程最终确定加工某一机械零件所选用的刀具信息。

确定数控加工所选用的刀具信息后，再以工艺方案模板为基础，为工艺方案驱动的智能编程模式提供所需零件基本信息、工艺规程、整体控制策略、加工部位与加工方式、机床信息、刀具信息、以及工序工步等各类相关信息。经过首先以工艺数据库为基础，自动生成初始方案；其次在初始方案的基础上，结合实用快捷的编辑方法与操作逻辑规则，进行方案编制；最后从整体上对加工方案进行逻辑检查，实现方案正确性检查，以保证方案整体合理性，从而实现飞机结构件工艺方案的自动规划，最终生成其数控加工的总体方案。

基于制造资源及流程构造加工单元：通过上述操作获取零件工艺方案中所描述的零件加工工艺过程以及制造资源，并根据制造资源的可加工能力驱动加工单元构造，最终完成零件表面所有特征的自动加工，具体实现过程如下：①应用分层求交法识别并构造零件加工特征，并将识别结果保存至扩展广义槽树状结构；②以扩展广义槽为依据构建零件加工域，并将加工域分解成为多个独立的域元，构建零件加工域树状结构，以此作为加工单元构造的初始加工对象；③根据工艺方案模板自动规划零件工艺方案，并使其满足工艺要求；④对工艺方案中的机床、工位、工序、工步、程序及刀具节点逐一进行遍历，计算每把刀具可加工的加工单元；⑤完成零件加工单元构造，最终完成零件表面所有特征的自动加工。

Claims (1)

1.一种复杂构件工艺方案驱动的智能数控编程方法，其特征在于：该模式基于工艺方案模板生成飞机构件总体加工方案；然后根据工艺方案中所描述的零件加工工艺过程以及制造资源的可加工能力驱动加工单元构造，完成零件表面所有特质的自动加工；其具体包括以下步骤：

1）交互设定：采用交换设定的现实形式，选取零件、毛坯模型及加工坐标系等基本信息，并自动匹配工艺方案模板；

2）特征识别：采用分层特征识别方法识别并构造零件的加工特征，并以广义槽树状结构存储各类加工特征；

3）刀具选择：以工艺方案模板中各工序/工步加工的工艺特征为基础进行刀具选取，并使所选刀具与工艺方案模板相融合，构造完整的工艺方案，确定工序、工步及各类加工资源，并供程序员修改以体现工艺员的编程思想；

4）加工单元构建：以工艺方案为基础，在残留模型的基础上根据刀具的可加工能力构建数控加工单元，然后对每个工步下的加工单元进行优化排序以符合工艺及最短路径要求，并将序列化后的加工单元与工艺方案相融合生成数控加工链；

5）加工操作生成：采用一个加工单元实例化一个加工操作的映射原则，将所获取的数控加工链映射到CATIA数控加工模块中，进而完成加工刀轨的计算；

6）后置处理：按照给定的控制系统代码的具体格式要求将刀轨文件转换为NC代码，最终完成零件数控程序的自动生成。

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