CN103454977B - 飞机结构件细碎曲面的直纹化系统 - Google Patents

飞机结构件细碎曲面的直纹化系统 Download PDF

Info

Publication number
CN103454977B
CN103454977B CN201310428984.9A CN201310428984A CN103454977B CN 103454977 B CN103454977 B CN 103454977B CN 201310428984 A CN201310428984 A CN 201310428984A CN 103454977 B CN103454977 B CN 103454977B
Authority
CN
China
Prior art keywords
straight burr
small
curved surface
broken bits
straight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310428984.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103454977A (zh
Inventor
杜宝瑞
毕庆贞
初宏震
王碧玲
陈力
沈力华
朱利民
周元莉
赵丹
丁汉
李金龙
刘本刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Original Assignee
Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd filed Critical Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Priority to CN201310428984.9A priority Critical patent/CN103454977B/zh
Publication of CN103454977A publication Critical patent/CN103454977A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103454977B publication Critical patent/CN103454977B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Numerical Control (AREA)

Abstract

一种飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，属于机械数控加工技术领域，包括：细碎曲面读取模块、约束直纹搜索模块、直纹化拟合模块和直纹面数据输出模块。在考虑输入边界约束、光顺性度量、最大允许误差约束的前提下，将输入的飞机结构件细碎曲面转化为直纹面，并输出直纹面数据，用于飞机结构件的五轴侧铣加工，提高加工效率。

Description

飞机结构件细碎曲面的直纹化系统
技术领域
本发明涉及的是一种计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing,CAM）技术领域的方法，具体是一种使用完整的直纹面逼近飞机结构件中出现的细碎曲面的数学方法。
背景技术
飞机结构件上有许多细碎的表面（如图1所示），如果每个表面都单独进行加工方案的编程，会导致编程花费过多时间，同时也会导致加工的不便利。在对飞机结构件上很多细碎表面进行研究之后，发现很多情况下，这些细碎表面实际分布在同一张光顺的曲面上。如果可以在一定误差的使用一整张直纹面来拟合这些细碎的曲面，就可以使用侧刃铣一次性加工这些零件表面，使得加工编程更加快速便捷，加工过程更加流畅。
五轴侧铣加工是指用刀具的侧刃铣削去除材料，与球头端铣的点接触加工方式相比，侧铣加工是线接触加工方式，加工带宽显著增加，可以提高材料去除率，能够减少刀具的磨损。此外，侧铣加工还具有以下优点：由于侧铣加工时刀具轴线基本与设计曲面平行，可最大限度的避免干涉；侧铣加工为一次加工成形，可显著提高加工零件的表面质量。
现有的侧铣刀具路径规划方法针对的对象往往集中于直纹面加工表面，对于可展直纹面，采用侧铣方式可以实现精确加工；对于非可展直纹面，尽管采用侧铣加工存在着原理性误差，但也可以通过刀位优化方法得到侧铣刀具路径，从而满足加工精度要求。但是在实际航空结构件加工中，细碎的表面不一定是直纹面，而是类直纹面；而特别的，即使这些细碎的表面中有直纹面，这些直纹面沿参数切向扩展之后也不能保证所有的曲面都落在这张直纹面上。这就使得当前的侧铣刀具路径规划方法并不适用，这使侧铣加工的适用范围受到了极大地限制。更为重要的是，并非所有的类直纹面都可以通过侧铣加工来实现，因此提供一种能否侧铣的判别依据至关重要。目前通用的CAM软件没有针对类直纹面的侧铣加工提供这一功能。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种采用整张直纹面逼近细碎曲面并优化误差的算法，该算法具有计算效率高，运行稳定，误差小等特点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，包括：细碎曲面读取模块、约束直纹搜索模块、直纹化拟合模块和直纹面数据输出模块，其中：细碎曲面读取模块用于读取飞机结构件的细碎曲面；细碎曲面读取模块与约束直纹搜索模块相连接并传输细碎曲面列表；约束直纹搜索模块与直纹化拟合模块相连接并传输离散直线段序列，约束直纹搜索模块包括约束输入单元和直纹搜索单元，其中：约束输入单元用于输入边界约束、光顺性度量和最大允许误差约束，直纹搜索单元用于约束条件下直纹线段序列搜索，直纹线段序列搜索包括直纹线段搜索过程和直纹线段确定过程，所述的直纹线段序列是指一组排好顺序的直线段；直纹化拟合模块与直纹面数据输出模块相连接并传输样条直纹面数据，直纹化拟合模块用于将离散直线段序列插值为直纹面，并减少直纹面与细碎曲面偏差；直纹面数据输出模块用于输出直纹化获得的直纹面数据。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的细碎曲面包括：飞机结构件构建过程形成的曲面簇、以及飞机结构件曲面相交、求并和求差过程中形成的曲面簇。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的边界约束包括：直纹面的第一条直纹线和最后一条直纹线。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的光顺性度量包括：所述的光顺性度量包括：直纹线段序列中直线角度的变化之和。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的最大允许误差约束是指：直纹化获得的直纹面与输入细碎曲面之间的最大允许偏差。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的直纹线段搜索过程是指：用平面与输入的细碎曲面求交获得平面上的曲线，将曲线离散为一组点，然后用最小二乘法将这组点拟合为直线的过程。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的直纹线段确定过程是指：确定在最大允许误差约束下光顺性度量最小的直纹线段。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的减少直纹面与细碎曲面偏差包括：最小二乘拟合法和极差极小化拟合法。
上述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的直纹面数据包括：样条直纹面的控制点、节点矢量。
附图说明
图1是细碎曲面簇和约束直线。
图2是生成的直纹面。
图3是确定搜索区域。
图4（a）确定搜索路径；（b）确定参考搜索方向。
图5是确定直纹搜索区域。
图6是平面与曲面相交。
图7是算法流程图。
图8是细碎曲面簇。
图9是生成的直线簇。
具体实施方式
本发明是通过以下技术方案实现的，包括细碎曲面读取模块、约束直纹搜索模块、直纹化拟合模块和直纹面数据输出模块。读入曲面簇和约束直线（如图1所示），给出相应的直纹面（如图2所示）。具体方法如下：
1、每一张曲面按一定（用户设定）的参数密度取点，求取各离散点处曲面对应的外法向向量；求取所有法向量的平均向量，把它作为新的Z轴，根据这个单位向量与原来的Z轴代表的单位向量（0,0,1），计算出新的坐标系；
2、根据第1步得到的新坐标系，对细碎曲面进行齐次变换，并将细碎曲面簇投影到XY平面上，同时将约束直线也投影到XY平面上，此时可以得到一包含曲面投影区域的四边形，该四边形包围的区域即为搜索区域，如图3所示；
3、连接两条投影约束直线的中点作为搜索路径，在直线上按一定密度（用户指定）均匀的取点，作为搜索点。以投影约束直线作为搜索区域的起始和终止直线段，根据光顺的原则确定搜索路径上搜索点处的参考搜索方向，如图4所示；
4、以搜索点为中心，自动寻找搜索区域，相邻搜索区域不能相交，如图5所示；
5、搜索区域确定后，过搜索点作一平面，该平面同时垂直于新坐标系Z轴和参考搜索方向。该平面与曲面相交得到交线，把交线离散成点后，用主元分析法进行直线拟合，如果有数条直线的拟合误差满足用户指定的拟合误差，选择其中和参考搜索方向夹角最小的一条直线作为最终的直纹线，如图6所示；
6、重复4，5，直至完成所有的搜索中心的搜寻，得到对应的直纹簇；
7、用直纹面插值得到的直线簇；
8、使用优化策略控制最大几何偏差
将需要逼近的细碎曲面簇离散化为点云数据，将点云到直纹面的距离作为优化目标进行误差控制。距离函数的详细定义与求解可参考文献《复杂曲面数字化制造的几何学理论和方法》
曲面整体优化模型，可以归结为直纹面向细碎曲面簇离散化后得到的数据点云{pi∈□3,1≤i≤n}的最佳一致逼近问题，该优化问题也称为极差极小化问题或Chebyshev逼近问题
min w &Element; R 6 ( l + 1 ) max 1 &le; i < n | d p i , S s ( w ) |
引入松驰变量ξ，上述不可微无约束优化问题转化为如下可微约束优化问题
序列线性规划算法是求解约束最优化问题时常用的一种方法，其基本思路是在当前解处将目标函数和约束函数泰勒展开，保留线性项，然后求解近似的线性规划问题得到一新的解，如此反复迭代直至收敛。设(wk,ξk)为当前解，其附近的可行解记为(wk+Δw,ξk+Δξ)。记vi=(S-pi)/||S-pi||，由此得到相应的线性规划问题
优化后的最大几何偏差，为优化后细碎曲面簇与生成直纹面之间几何偏差的最大值。若该最大值小于给定的拟合精度，则称该类细碎曲面簇为可直纹化的；若该最大值大于给定的拟合精度，则称该类细碎曲面簇为不可直纹化的。
图7是算法的整体流程，图8～9是一个拟合的例子。

Claims (9)

1.一种飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征在于，包括：细碎曲面读取模块、约束直纹搜索模块、直纹化拟合模块和直纹面数据输出模块，其中：细碎曲面读取模块用于读取飞机结构件的细碎曲面；细碎曲面读取模块与约束直纹搜索模块相连接并传输细碎曲面列表；约束直纹搜索模块与直纹化拟合模块相连接并传输离散直纹线段序列，约束直纹搜索模块包括约束输入单元和直纹搜索单元，其中：约束输入单元用于输入边界约束、光顺性度量和最大允许误差约束，直纹搜索单元用于约束条件下直纹线段序列搜索，直纹线段序列搜索包括直纹线段搜索过程和直纹线段确定过程，所述的直纹线段序列是指一组排好顺序的直线段；直纹化拟合模块与直纹面数据输出模块相连接并传输样条直纹面数据，直纹化拟合模块用于将离散直纹线段序列插值为直纹面，并减少直纹面与细碎曲面偏差；直纹面数据输出模块用于输出直纹化获得的直纹面数据。
2.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的细碎曲面包括：飞机结构件构建过程形成的曲面簇、以及飞机结构件曲面相交、求并和求差过程中形成的曲面簇。
3.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的边界约束包括：直纹面的第一条直纹线和最后一条直纹线。
4.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的光顺性度量包括：直纹线段序列中直线角度的变化之和。
5.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的最大允许误差约束是指：直纹化获得的直纹面与输入细碎曲面之间的最大允许偏差。
6.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的直纹线段搜索过程是指：用平面与输入的细碎曲面求交获得平面上的曲线，将曲线离散为一组点，然后用最小二乘法将这组点拟合为直线的过程。
7.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的直纹线段确定过程是指：确定在最大允许误差约束下光顺性度量最小的直纹线段。
8.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的减少直纹面与细碎曲面偏差包括：最小二乘拟合法和极差极小化拟合法。
9.根据权利要求1所述的飞机结构件细碎曲面的直纹化系统，其特征是，所述的直纹面数据包括：样条直纹面的控制点、节点矢量。
CN201310428984.9A 2013-09-18 2013-09-18 飞机结构件细碎曲面的直纹化系统 Active CN103454977B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310428984.9A CN103454977B (zh) 2013-09-18 2013-09-18 飞机结构件细碎曲面的直纹化系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310428984.9A CN103454977B (zh) 2013-09-18 2013-09-18 飞机结构件细碎曲面的直纹化系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103454977A CN103454977A (zh) 2013-12-18
CN103454977B true CN103454977B (zh) 2016-01-20

Family

ID=49737469

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310428984.9A Active CN103454977B (zh) 2013-09-18 2013-09-18 飞机结构件细碎曲面的直纹化系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103454977B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103761389B (zh) * 2014-01-20 2016-08-17 北京航空航天大学 一种复杂曲面的分层光顺方法
CN104007697B (zh) * 2014-05-05 2016-12-07 上海交通大学 五轴多行侧铣加工刀位规划方法
CN116197438B (zh) * 2022-12-30 2023-08-22 上海尚实航空发动机股份有限公司 自由曲面叶片的加工方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101763069A (zh) * 2009-12-17 2010-06-30 沈阳飞机工业（集团）有限公司 飞机复杂构件加工特征识别方法
CN102722137A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 沈阳工业大学 直纹面叶轮五坐标插铣加工方法
CN102866672A (zh) * 2012-10-18 2013-01-09 南京航空航天大学 飞机结构件数控加工中间状态在线检测方法
CN102866671A (zh) * 2012-09-26 2013-01-09 北京新风机械厂 大圆弧直纹面数控加工刀具轨迹规划方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103136387A (zh) * 2011-11-25 2013-06-05 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 边界线图形检查处理系统及方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101763069A (zh) * 2009-12-17 2010-06-30 沈阳飞机工业（集团）有限公司 飞机复杂构件加工特征识别方法
CN102722137A (zh) * 2012-06-29 2012-10-10 沈阳工业大学 直纹面叶轮五坐标插铣加工方法
CN102866671A (zh) * 2012-09-26 2013-01-09 北京新风机械厂 大圆弧直纹面数控加工刀具轨迹规划方法
CN102866672A (zh) * 2012-10-18 2013-01-09 南京航空航天大学 飞机结构件数控加工中间状态在线检测方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
自由曲面直纹化方法以及在五轴侧铣加工中的应用;陈力;《中国优秀硕士学位论文全文数据工程科技I辑》;20130715;第2013年卷(第07期);B022-346 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN103454977A (zh) 2013-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102637216B (zh) 一种复杂组合曲面的数控侧铣加工刀轨生成方法
CN104615084B (zh) 加工进给速度优化的刀轨曲线轮廓误差补偿方法
CN104615083B (zh) 基于刀位点修改的曲面刀轨轮廓误差补偿方法
CN100585523C (zh) 直纹面叶轮刀具轨迹规划加工方法
CN102393678B (zh) 适用于五轴数控装置的轨迹平滑处理方法
CN103699056A (zh) 高速高精度数控加工的小线段实时平滑过渡插补方法
Lin et al. A generic uniform scallop tool path generation method for five-axis machining of freeform surface
CN103411574A (zh) 航空发动机叶片型面三坐标测量方法
CN105345600B (zh) 一种用于航空薄壁件自由曲面钻孔的法向测量与调整方法
CN104102171A (zh) 一种球头刀多轴加工刀轴矢量优化方法
CN104898554A (zh) 一种基于离散刀位点的复合刀具路径生成方法
CN109683552B (zh) 一种基面曲线导向的复杂点云模型上的数控加工路径生成方法
CN103093065A (zh) 一种航空发动机叶片叶尖缺失部位三维模型重建方法
CN103631198A (zh) 基于G2连续Bézier曲线的刀具轨迹压缩方法
CN109597354B (zh) 一种三角网格模型的多约束数控加工轨迹生成方法
CN103268081A (zh) 一种用于数控机床的基于精度误差控制的轨迹段转接处理算法
CN102023616B (zh) 三角Bézier曲面数控精加工刀轨快速生成方法
Waiyagan et al. Intelligent feature based process planning for five-axis mill-turn parts
CN103454977B (zh) 飞机结构件细碎曲面的直纹化系统
CN102222138B (zh) 一种基于曲面截型线分划的最短距离线对获取方法
CN110618653A (zh) 飞机蒙皮镜像铣削刀路轨迹自动生成方法及装置
CN109918807A (zh) 一种优化曲率的局部刀轨光顺方法
CN108544181A (zh) 一种整体叶盘损伤叶片的修复方法
Bo et al. Efficient 5-axis CNC trochoidal flank milling of 3D cavities using custom-shaped cutting tools
Ding et al. Global optimization of tool path for five-axis flank milling with a cylindrical cutter

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant