CN104317249A - 基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法 - Google Patents

基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法 Download PDF

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Abstract

一种基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法，其特征是在于首先读取零件模型的特征识别结果信息列表，提取槽特征对应的加工区域的几何信息，计算出加工区域的最大加工刀具直径，然后将各个区域的最大加工刀具直径与刀具库以及数控工艺规程进行比对，实现对所有槽特征加工区域的分组，每组使用一把最优化的刀具。该方法能够自动为工艺员进行刀具决策，相比于人工根据经验选择刀具，降低了人工重复劳动，同时自动分组加工能够将使用相同尺寸刀具的加工操作合并，节省工艺员的时间，提高企业加工效率。

Description

基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法
技术领域
本发明涉及一种板类零件数控加工技术，尤其是一种板类零件的槽特征加工方法，具体地说是一种基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法。
背景技术
目前，CAM技术在航空航天制造领域已经被广泛应用，使用CAM软件进行编程，可以从一定程度上提高工艺员的编程效率，提升加工效率，缩短产品的制造周期，节约生产成本。
板类零件多用于飞机结构件以及航天结构件，以多槽特征和孔特征为特点，工艺员在编制此类零件的时候，往往需要编制数十条加工操作，需要人工点选很多驱动几何，设置合适的刀具以及大量加工参数，编程的工作量非常大。而在选择刀具的时候，常常根据工艺员自身的经验，或者需要一些繁琐的测量才能确定合适的刀具，这就造成了工艺员在编制程序的时候，往往趋于保守，使得刀具不够优化，造成加工时间变长等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的CAM软件无法实现对板类零件加工区域刀具的自动选择，造成的编程效率低下、编程过程繁琐的问题，发明一种能够自动识别加工区域、自动实现刀具选择并将加工区域分组的槽特征分组加工方法。
本发明的技术方案是：
一种基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法，其特征是包括以下步骤：
步骤1：读取零件CAM模型。在CAM环境下，导入零件的三维实体模型，同时导入用户提供的刀具库信息以及数控工艺规程。
步骤2：读取零件特征识别结果列表。特征识别结果列表是特征识别的结果，记录了零件所包含的特征信息，包括零件的槽特征、孔特征、筋特征、转角特征等。板类零件以槽特征以及孔特征为主。槽特征包含水平腹板面以及与腹板面相邻的转角面、侧面等。
步骤3：提取特征几何区域信息。根据读取的特征识别结果列表，提取特征的加工区域几何信息。对于槽特征，槽特征的几何腹板面即为几何加工区域。通过提取特征列表记录下的腹板面的标识值，然后和零件几何模型进行比对，即可找到零件模型上对应的加工区域。
步骤4：槽特征最大刀具尺寸判定。根据提取的槽特征加工区域，计算每个加工区域的最大刀具尺寸。最大刀具尺寸的计算步骤如下：
(1)提取槽特征的加工区域轮廓边界，记该轮廓边界内所有与槽特征转角面相邻的圆弧边为转角圆弧，记录下所有转角圆弧的半径大小，筛选出最小的半径，将该半径对应的直径值记为D1，最大刀具直径必须小于等于D1，不然会造成加工的欠切。
(2)计算该加工区域的“最小通道”值，“最小通道”值的大小通过以下方法获得。首先提取该加工区域的所有环边，将所有内环边存入边列LOOP1，将所有外环边存入LOOP2，遍历所有的外环边列里的所有边，找出任意两条外环边之间的最小距离，记为Dout，遍历所有外环边以及所有内环边，找出任意一条外环边与任意一条内环边之间的最小距离，记为Din。取Dout和Din之间的最小值，即为该加工区域的“最小通道”值，记为D2。
(3)对比D1与D2，取D1与D2之间的较小值，记为Dm，该值即为加工区域对应的最大可加工刀具的直径值。
步骤5：槽特征自动分组。根据每个槽特征的最大刀具信息，结合用户提供的刀具库信息以及数控工艺规程，确定每个加工区域所使用的刀具尺寸，对所有槽特征进行自动分组。具体算法步骤如下：
(1)根据每个区域计算得到的最大可加工刀具尺寸Dm，结合企业提供的刀具库信息以及数控工艺规程，可以确定每个槽特征加工区域所对应的最优化加工刀具，记刀具尺寸为D，该刀具一般为刀具库中满足数控工艺要求的尺寸最大的刀具。
(2)遍历每个槽特征确定的刀具尺寸，记录下所使用刀具的数量n，对这n把刀具分别创建加工组，记为Group1、Group2…Groupn。相应的将槽特征分组存入这些加工组。
步骤6：设置加工操作参数信息。槽特征分组完毕后，对每个加工组设置相关加工参数，包括加工区域的切削模式、主轴转速、余量信息、刀具补偿位置、转角刀轨处理等信息，存入对应的加工组中。
步骤7：加工刀轨自动生成。对每个加工组自动生成一个加工操作，并将获取的参数信息设置到相应的操作内，系统快速计算并生成加工操作的刀具轨迹。
本发明的有益效果是：
(1)可靠性高，通过相关算法计算加工区域的最大加工刀具尺寸，较之根据工艺员经验选择刀具，更可靠，更具有科学性，同时减小了工艺员出错的概率。
(2)显著减少编程时间，自动分组可以自动判定哪些加工区域能够使用同一把刀具加工，而且能够将这些加工操作进行合并，不需要工艺员重复进行编程，节省工艺员时间，进而提升企业工作效率。
(3)自动化高，整个槽特征加工操作生成过程，除需要人工输入必要的操作参数之外，全部由系统自动生成，除去了人工编制程序的时间，实现一步到位。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为判定加工区域最大刀具尺寸的流程图。
图3为某航天板类零件的特征识别结果。
图4为该板类零件的最大加工刀具尺寸的计算结果。P1、P2…P12为特征识别得到的12个槽特征，图a、b、c分别为图中三处部位的放大图，Da、Db、Dc、Dd分别为四处狭窄区域的最大通道值，Dmax1、Dmax2…Dmax12分别为12个槽特征计算得到的最大可加工刀具尺寸。
图5为该板类零件自动分组之后的槽内型加工工步示意图，P1、P2…P12分别为识别得到的12个槽特征。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明做进一步说明。
如图1-5所示。
一种基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法，其流程图如图1所示，，具体步骤如下：
步骤1：读取零件CAM模型。在CAM环境下，导入零件的三维实体模型，同时导入用户提供的刀具库信息以及数控工艺规程。
步骤2：读取零件特征，创建零件特征识别结果列表。特征识别结果列表是特征识别的结果，记录了零件所包含的特征信息，包括零件的槽特征、孔特征、筋特征、转角特征等。板类零件以槽特征以及孔特征为主。槽特征包含水平腹板面以及与腹板面相邻的转角面、侧面等。如图3所示，特征列表中显示的是某典型航天板类零件的特征识别结果。
步骤3：提取特征几何区域信息。根据读取的特征识别结果列表，提取特征的加工区域几何信息。对于槽特征，槽特征的几何腹板面即为几何加工区域。通过提取特征列表记录下的腹板面的标识值，然后和零件几何模型进行比对，即可找到零件模型上对应的加工区域。
步骤4：槽特征最大刀具尺寸判定，如图2为该算法的流程图。根据提取的槽特征加工区域，计算每个加工区域的最大刀具尺寸。最大刀具尺寸的计算步骤如下：
(1)提取槽特征的加工区域轮廓边界，记该轮廓边界内所有与槽特征转角面相邻的圆弧边为转角圆弧，记录下所有转角圆弧的半径大小，筛选出最小的半径，将该半径对应的直径值记为D1，最大刀具直径必须小于等于D1，不然会造成加工的欠切。
(2)计算该加工区域的“最小通道”值，“最小通道”值的大小通过以下法获得。首先提取该加工区域的所有环边，将所有内环边存入边列LOOP1，将所有外环边存入LOOP2，遍历所有的外环边列里的所有边，找出任意两条外环边之间的最小距离，记为Dout，遍历所有外环边以及所有内环边，找出任意一条外环边与任意一条内环边之间的最小距离，记为Din。取Dout和Din之间的最小值，即为该加工区域的“最小通道”值，记为D2。如图4中的图a、b、c即为零件三处狭窄区域的局部图，Da、Db、Dc、Dd则为P5、P1、P2、P6四个槽特征中的最小通道值。
(3)对比D1与D2，取D1与D2之间的较小值，记为Dm，该值即为加工区域对应的最大可加工刀具的直径值。如图4所示，Dmax1、Dmax2…Dmax12即为计算得到的最大可加工刀具尺寸的结果。
步骤5：槽特征自动分组。根据每个槽特征的最大刀具信息，结合用户提供的刀具库信息以及数控工艺规程，确定每个加工区域所使用的刀具尺寸，对所有槽特征进行自动分组。具体算法步骤如下：
(1)根据每个区域计算得到的最大可加工刀具尺寸Dm，结合企业提供的刀具库信息以及数控工艺规程，如表1所示。可以确定每个槽特征加工区域所对应的最优化加工刀具，记刀具尺寸为D，该刀具一般为刀具库中满足数控工艺要求的尺寸最大的刀具。
表1部分刀具库的刀具信息
序号 编号 名称 规格
1 T1 中心钻 Φ1
2 T5 键槽铣刀 Φ10
3 T6 键槽铣刀 Φ8
4 T7 键槽铣刀 Φ4
5 T8 键槽铣刀 Φ6
6 T9 平底钻 Φ2.5
7 T10 平底钻 Φ3.3
8 T11 麻花钻 Φ5.5
9 T12 麻花钻 Φ2
(2)遍历每个槽特征确定的刀具尺寸，记录下所使用刀具的数量n，对这n把刀具分别创建加工组，记为Group1、Group2…Groupn。相应的将槽特征分组存入这些加工组。如表2所示，即为上述板类零件分组结束之后的分组结果。
表2为自动分组之后的分组结果，以及每组内部分加工参数信息
组号 成员 刀具编号 刀具直径 刀具补偿 切削模式 主轴转速
Group.1 P3/P4/P9/P10 T5 10 有 轮廓加工 5000
Group.2 P7/P8/P11/P12 T8 6 有 轮廓加工 5000
Group.3 P1/P2/P5/P6 T7 4 有 轮廓加工 5000
步骤6：设置加工操作参数信息。槽特征分组完毕后，对每个加工组设置相关加工参数，包括加工区域的切削模式、主轴转速、余量信息、刀具补偿位置、转角刀轨处理等信息，存入对应的加工组中。
步骤7：加工刀轨自动生成。对每个加工组自动生成一个加工操作，并将获取的参数信息设置到相应的操作内，系统快速计算并生成加工操作的刀具轨迹。如图5所示，该航天板类零件进行槽特征加工区域自动分组之后内型加工分成了3个工步，每个工步使用了最优化的刀具进行加工。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种基于特征的板类零件槽特征自动分组加工方法，其特征是在于它包括以下步骤：
步骤1：读取零件CAM模型，在CAM环境下，导入零件的三维实体模型，同时导入用户提供的刀具库信息以及数控工艺规程；
步骤2：读取零件特征，建立零件特征识别结果列表；特征识别结果列表是特征识别的结果，记录了零件所包含的特征信息，包括零件的槽特征、孔特征、筋特征和转角特征；板类零件以槽特征以及孔特征为主；槽特征包含水平腹板面以及与腹板面相邻的转角面、侧面；
步骤3：提取特征几何区域信息；根据读取的特征识别结果列表，提取特征的加工区域几何信息；对于槽特征而言，槽特征的几何腹板面即为几何加工区域；通过提取特征列表记录下的腹板面的标识值，然后和零件几何模型进行比对，即可找到零件模型上对应的加工区域；
步骤4：槽特征最大刀具尺寸判定；根据提取的槽特征加工区域，计算每个加工区域的最大刀具尺寸；
步骤5：槽特征自动分组；根据每个槽特征的最大刀具信息，结合用户提供的刀具库信息以及数控工艺规程，确定每个加工区域所使用的刀具尺寸，对所有槽特征进行自动分组；
步骤6：设置加工操作参数信息，槽特征分组完毕后，对每个加工组设置相关加工参数，包括加工区域的切削模式、主轴转速、余量信息、刀具补偿位置和转角刀轨处理，存入对应的加工组中；
步骤7：加工刀轨自动生成，对每个加工组自动生成一个加工操作，并将获取的参数信息设置到相应的操作内，系统快速计算并生成加工操作的刀具轨迹。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的槽特征最大刀具尺寸判定步骤如下：
(1)提取槽特征的加工区域轮廓边界，记该轮廓边界内所有与槽特征转角面相邻的圆弧边为转角圆弧，记录下所有转角圆弧的半径大小，筛选出最小的半径，将该半径对应的直径值记为D1，最大刀具直径必须小于等于D1，不然会造成加工的欠切；
(2)计算该加工区域的“最小通道”值，“最小通道”值的大小通过以下方法获得：
首先提取该加工区域的所有环边，将所有内环边存入边列LOOP1，将所有外环边存入LOOP2，遍历所有的外环边列里的所有边，找出任意两条外环边之间的最小距离，记为Dout，遍历所有外环边以及所有内环边，找出任意一条外环边与任意一条内环边之间的最小距离，记为Din；取Dout和Din之间的最小值，即为该加工区域的“最小通道”值，记为D2；
(3)对比D1与D2，取D1与D2之间的较小值，记为Dm，该值即为加工区域对应的最大可加工刀具的直径值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的加工区域自动分组步骤如下：
(1)根据每个区域计算得到的最大可加工刀具尺寸Dm，结合企业提供的刀具库信息以及数控工艺规程，确定每个槽特征加工区域所对应的最优化加工刀具，记刀具尺寸为D，该刀具即为刀具库中满足数控工艺要求的尺寸最大的刀具；
(2)遍历每个槽特征确定的刀具尺寸，记录下所使用刀具的数量n，对这n把刀具分别创建加工组，记为Group1、Group2…Groupn，相应的将槽特征分组存入这些加工组中。
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