CN110245402B - 一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法 - Google Patents

一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征，在充分分析和挖掘传统加工特征的定义的基础上，结合实际数控编程参数选取过程的特点，对基本加工特征进行组合，使之满足实际加工编程过程参数选取需求，通过对基本加工特征和组合加工特征的动力学分析，该种加工特征定义和分类方法做到了理论研究加工特征和数控编程加工特征的有机统一。得到的组合加工特征在研究人员研究时可以充分利用前期基本加工特征研究成果，进而直接研究组合加工特征的参数计算和选择，实现理论研究加工特征和数控编程加工特征的有机统一，减少二者沟通负担，有效提高编程效率。

Description

一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法
技术领域
本发明涉及一种机械加工的加工特征的分类方法，尤其涉及一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法。
背景技术
航空制造领域，结构件的外形涉及机身外形、机翼外形及翼身融合区外形等复杂理论外形，且需与多个零件进行套合，具有结构复杂、尺寸大、加工精度要求高的特点，同时结构件中存在大量的薄壁、深腔结构，为典型的弱刚性结构，这种特性导致结构件加工过程容易产生颤振，需要花费较多时间调整加工参数，影响加工质量和加工效率，为数控编程工作带来了挑战。
目前，在加工参数理论研究和实际选择过程中，针对同一个加工对象，出现研究人员与编程人员在各自工作过程中对加工特征的定义和分类方法不一致的问题，导致加工特征参数化困难，影响加工参数选取标准化和规范化研究，进而使得理论研究与实际加工过程割裂，不能很好表征加工对象特点；例如，针对理论研究过程中的一个加工特征——筋，研究人员将筋定义为具有一定厚度的薄壁侧板，给定薄壁侧板计算加工参数，数控编程人员却将其分为筋宽、筋高两个加工特征进行编程，数控编程参考参数与研究人员给定的计算加工参数不一致，从而造成加工结构件时加工参数复杂化，影响了理论研究在实际生产中的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对加工结构件的加工参数优化方法，包括以下步骤，步骤1)、将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征；
步骤2)、利用动力学计算方法计算所有基本加工特征的加工参数，取能够组成组合加工特征的所有基本加工特征的加工参数的交集，即可得到组合加工特征的加工参数，实现加工结构件的加工参数优化。
进一步的，对待加工零件进行特征分层，将待加工零件分为几何层和属性层，几何层包括基本加工特征，将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征。
进一步的，属性层通过在几何层基础上完成对基本加工特征的属性赋予。
进一步的，属性层包括材料的杨氏模量、泊松比、密度以及阻尼比。
进一步的，基本加工特征根据加工过程中具体加工对象是否相同进行划分。
进一步的，组合加工特征结合数控编程和基本加工特征的特定组合得到的加工特征。
进一步的，组合加工特征划分依据为加工阶段和加工参数是否一致，多个基本加工特征加工阶段和加工参数一致，则进行组合得到组合加工特征。
进一步的，根据组合加工特征的加工参数和组合加工特征的属性层得到待加工零件特征的动力学参数。
进一步的，动力学参数包括待加工零件组合加工特征的各阶固有频率和频响函数。
进一步的，求解组合加工特征的加工参数具体包括以下步骤：获取组成一个组合加工特征的所有基本加工特征的固有频率和频响函数，根据各基本加工特征的固有频率和频响函数绘制各个基本加工特征的切削稳定性叶瓣图，根据各个基本加工特征的切削稳定性叶瓣图获取各基本加工特征的基本加工参数，所述基本加工参数具体包括主轴转速n、切宽aw、切深ac；根据得到的各基本加工参数计算组合加工特征的加工参数：
n组＝min{n1，n2，n3，...nk}；
aw组＝min{aw1，aw2，aw3，...awk}；
ac组＝min{ac1，ac2，ac3，...ack}；
其中，k为组成一个组合加工特征的基本加工特征的个数，n组是组合加工特征主轴转速，aw组是组合加工特征切宽，ac组是组合加工特征切深。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征，组合加工特征分类法，在充分分析和挖掘传统加工特征的定义的基础上，结合实际数控编程参数选取过程的特点，创新地对基本加工特征进行组合，使之满足实际加工编程过程参数选取需求，配合属性层属性，利用动力学计算方法计算所有基本加工特征的加工参数，取能够组成组合加工特征的所有基本加工特征的加工参数的交集，即可得到组合加工特征的加工参数，再向组合加工特征中添加属性层属性可以计算出该特征组的各阶固有频率和频响函数，最终得到的完整参数既包含了特征组的几何构成，又包括了特征组的动力学特性，适用于加工参数选取的理论研究，贴近实际数控编程过程。根据本方法得到的组合加工特征在研究人员研究时可以充分利用前期基本加工特征研究成果，进而直接研究组合加工特征的参数计算和选择，一个特征组直接给定一组加工参数，通过组合加工特征分类法同时降低研究人员和工艺编程人员的工作量，实现理论研究加工特征和数控编程加工特征的有机统一，减少二者沟通负担，有效提高编程效率。
进一步的，组合加工特征将形成的单一加工特征进行提炼和重组，形成组合加工特征，每组加工特征采用一组加工参数，这样在实际应用过程中贴近编程人员的编程习惯，结合属性层属性又利于研究人员研究组合特征的加工参数计算确定，实现理论研究加工特征和数控编程加工特征的有机统一，同时利用组合加工特征的组合特性，研究人员和编程人员也可以根据需要利用给定的基本加工特征重组新的组合加工特征，从而服务于自己的工作，组合加工特征分类方法具有较好的扩展性和较大的灵活性。
附图说明
图1为组合加工特征分类法架构图。
图2为几何层结构图。
图3为属性层结构图。
图4为型腔-筋特征组示例零件图。
图中：1-过渡转角基本加工特征、2-筋宽基本加工特征、3-腹板基本加工特征。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
本发明目的是针对结构件目前各类加工特征定义和分类方法无法充分表示被加工对象与数控编程的关系的问题，基于特征分层和组合的思想，提出一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，将零件动态性能纳入加工特征的属性之中，同时提供了较好的扩展性和较大的灵活性，研究人员和编程人员可以根据需求选取特定的组合加工特征进行研究和交流。
一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，包括以下步骤：
将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征，然后利用动力学计算方法计算所有基本加工特征的加工参数，取能够组成组合加工特征的所有基本加工特征的加工参数的交集，即可得到组合加工特征的加工参数，实现加工结构件的加工参数优化。
基本加工特征属于代加工零件中最基本的部分，由于工序集中和机械加工特点，一道工序给定一组加工参数，形成一组由一定的基本加工特征组合而成的组合加工特征。
求解组合加工特征的加工参数包括结构件加工基本特征的基本加工参数；
具体包括以下步骤：获取组成一个组合加工特征的所有基本加工特征的固有频率和频响函数，根据各基本加工特征的固有频率和频响函数绘制各个基本加工特征的切削稳定性叶瓣图，根据各个基本加工特征的切削稳定性叶瓣图获取各基本加工特征的基本加工参数，所述基本加工参数具体包括主轴转速n、切宽aw、切深ac；根据得到的各基本加工参数计算组合加工特征的加工参数：
n组＝min{n1，n2，n3，...nk}；
aw组＝min{aw1，aw2，aw3，...awk}；
ac组＝min{ac1，ac2，ac3，...ack}；
其中，k为组成一个组合加工特征的基本加工特征的个数，n组是组合加工特征主轴转速，aw组是组合加工特征切宽，ac组是组合加工特征切深；
具体的，首先对待加工零件进行特征分层，将待加工零件分为几何层和属性层，其中几何层包括基本加工特征；几何层构成零件的集合外形；属性层通过在几何层基础上完成对基本加工特征的属性赋予，实现几何层加工特征的动力学分析，服务于加工参数的动力学研究；
基本加工特征根据加工过程中具体加工对象是否相同进行划分；组合加工特征是结合数控编程和基本加工特征的特定组合得到的加工特征，组合加工特征划分依据为加工阶段和加工参数是否一致，多个基本加工特征加工阶段和加工参数一致，则进行组合得到组合加工特征；
属性层包括材料属性，在进行加工参数选取过程中，动力学参数计算往往需要属性层提供材料参数，并且材料参数是与几何层的基本加工特征和组合加工特征密切相关，最终影响零件动力学参数计算结果，材料属性也是加工参数选取经验的理论化所必须的一层。
组合加工特征较传统单一的加工特征而言，其充分考虑实际CAM编程过程特点，具体为CAM编程过程中，首先需要选取加工对象，结构件常见加工对象有型腔、成型面和筋；其次要给定加工参数，加工参数主要靠经验确定；最后会生成刀路和G代码；在一个加工对象加工过程中往往会同时形成多个单一加工特征，例如在航空结构加工型腔时，会同时生成筋、腹板和转角的基本加工特征，传统针对单一加工特征的分类方法无法充分表征这一加工对象；而组合加工特征，则将加工型腔时，形成的单一加工特征进行提炼和重组，形成“型腔-筋特征组”，“型腔-腹板特征组”组合加工特征，每组加工特征采用一组加工参数，这样在实际应用过程中贴近编程人员的编程习惯，结合属性层属性又利于研究人员研究组合特征的加工参数计算确定，实现理论研究加工特征和数控编程加工特征的有机统一，同时利用组合加工特征的组合特性，研究人员和编程人员也可以根据需要利用给定的基本加工特征重组新的组合加工特征，从而服务于自己的工作，组合加工特征分类方法具有较好的扩展性和较大的灵活性。
实施例，如图1所示，其架构包括两层，分别为几何层和属性层，几何层主要表征加工特征的几何特性，包括基本加工特征，由基本加工特征组成的组合加工特征属于几何层，基本加工特征根据加工对象分类，组合加工特征是根据实际需求对基本加工特征进行基本特征组合形成的一类具有灵活可拓展性的组合加工特征，组合加工特征以加工阶段和加工参数是否一致进行组合和分类；属性层主要表征加工特征的材料属性，材料属性记录材料参数用于计算几何层特征的动力学参数，服务于加工参数选择的规范化和理论化。
本发明以几何层为基础，几何层为属性层的载体，属性层为针对研究人员所需的特征的动力学参数对几何层的适当扩充，二者相辅相成，共同构成一个完整的组合加工特征。
如图2，几何层的基本加工特征包括筋、腹板、过渡、孔、曲面5类基本加工特征，其中过渡特征包括转角特征和过渡曲面特征；组合加工特征是根据实际研究和编程需求对基本加工特征的适当组合，组合加工特征包括型腔-筋特征组、型腔-腹板特征组和槽特征组，这些特征组在各自加工时，往往给定一组加工参数，且在一个工序中形成该组合加工特征。
如图3，属性层中材料属性包括材料的杨氏模量、泊松比、密度以及阻尼比，根据属性层属性和几何层的基本加工特征和组合加工特征获得待加工零件特征的动力学参数，动力学参数包括待加工零件特征的各阶固有频率和频响函数，利用这些动力学参数可以进行加工参数计算和优化。
结合图4型腔-筋特征组示例零件，说明组合加工特征分类法的应用，型腔-筋特征组在几何层是由四个筋宽基本加工特征2，四个过渡转角基本加工特征1和一个腹板基本加工特征3组成，这样组合原因在于，该特征组在实际编程过程中是在一个程序段用一把铣刀加工完成，加工过程中给定一组加工参数，刀具会绕型腔壁一圈由侧刃加工四个筋宽基本加工特征2，和四个过渡转角基本加工特征1，但由于刀具底刃的存在，所以同时会切除腹板基本加工特征3的阴影部分，所以将刀具沿型腔环绕一周所加工的部分视为一个特征组，提炼为型腔-筋特征组；在向该特征组的属性层添加必要材料属性后，就可以计算出该特征组的各阶固有频率和频响函数，最终完整的型腔-筋特征组信息将包括几何层的三类共九个基本加工特征和属性层的材料属性，这一完整的型腔-筋特征组既包含了特征组的几何构成，又包括了特征组的动力学特性，适用于加工参数选取的理论研究，贴近实际数控编程过程。
在目前加工参数研究过程中，如果使用传统单一特征分类方法，其进行无颤振加工参数计算时，需要分别考虑和计算四个筋宽基本特征，四个转角基本特征以及一个腹板基本特征的加工参数，由于实际加工过程是连续过程，这些基本加工特征只能是由一把铣刀给定一组参数直接加工形成，所以需要工艺编程人员对研究计算结果的每一部分加工参数进行分析和取交集，然后获得一组同时满足这九个基本加工特征的参数作为最终编程时的给定参数，这种传统的特征分类法使工艺编程人员的参数选取过程更加复杂，效率低下，而组合特征分类法将基本特征按照实际加工参数和加工阶段进行适当组合，得到型腔-筋特征组，这样在研究人员研究时可以充分利用前期基本加工特征研究成果，进而直接研究组合加工特征的参数计算和选择，一个特征组直接给定一组加工参数，通过组合加工特征分类法同时降低研究人员和工艺编程人员的工作量，实现理论研究加工特征和数控编程加工特征的有机统一，减少二者沟通负担，有效提高编程效率。

Claims (9)

1.一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征；
步骤2)、利用动力学计算方法计算所有基本加工特征的加工参数，取能够组成组合加工特征的所有基本加工特征的加工参数的交集，即可得到组合加工特征的加工参数；求解组合加工特征的加工参数具体包括以下步骤：获取组成一个组合加工特征的所有基本加工特征的固有频率和频响函数，根据各基本加工特征的固有频率和频响函数绘制各个基本加工特征的切削稳定性叶瓣图，根据各个基本加工特征的切削稳定性叶瓣图获取各基本加工特征的基本加工参数，所述基本加工参数具体包括主轴转速n、切宽aw、切深ac；根据得到的各基本加工参数计算组合加工特征的加工参数：
n组＝min{n1，n2，n3，...nk}；
aw组＝min{aw1，aw2，aw3，...awk}；
ac组＝min{ac1，ac2，ac3，...ack}；
其中，k为组成一个组合加工特征的基本加工特征的个数，n组是组合加工特征主轴转速，aw组是组合加工特征切宽，ac组是组合加工特征切深。
2.根据权利要求1所述的一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，对待加工零件进行特征分层，将待加工零件分为几何层和属性层，几何层包括基本加工特征，将由一道工序能够完成的待加工零件的所有基本加工特征进行组合得到组合加工特征。
3.根据权利要求2所述的一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，属性层通过在几何层基础上完成对基本加工特征的属性赋予。
4.根据权利要求3所述的一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，属性层包括材料的杨氏模量、泊松比、密度以及阻尼比。
5.根据权利要求2所述的一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，基本加工特征根据加工过程中具体加工对象是否相同进行划分。
6.根据权利要求2所述的一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，组合加工特征结合数控编程和基本加工特征的特定组合得到的加工特征。
7.根据权利要求6所述的一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，组合加工特征划分依据为加工阶段和加工参数是否一致，多个基本加工特征加工阶段和加工参数一致，则进行组合得到组合加工特征。
8.根据权利要求1所述一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，根据组合加工特征的加工参数和组合加工特征的属性层得到待加工零件特征的动力学参数。
9.根据权利要求8所述一种基于组合加工特征的结构件加工参数计算方法，其特征在于，动力学参数包括待加工零件组合加工特征的各阶固有频率和频响函数。
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