CN113867257B - 回转类舱体孔特征的加工排序方法及系统 - Google Patents

回转类舱体孔特征的加工排序方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种回转类舱体孔特征的加工排序方法及系统，包括以下步骤：步骤S1：针对舱体零件回转轴构建投影平面，并建立直角坐标系；步骤S2：在投影表面上确定孔特征的投影点，计算投影点与坐标轴之间的夹角；步骤S3：根据夹角建立孔群集合，建立角度与孔群之间的映射关系；步骤S4：基于单向原则，对不同孔群的加工顺序进行排列优化；步骤S5：对排列后的孔群内部的孔特征加工顺序进行排列。本发明通过构建投影平面来将孔特征根据其在投影平面上的位置进行划分与整合，进而构建用于排序的孔群集合，有效解决人工进行数控程序编制所导致的机床工作台反复正反转所导致的加工精度难把控的问题，减少不同孔群之间刀具转移的无效时间。

Description

回转类舱体孔特征的加工排序方法及系统
技术领域
本发明涉及机械加工领域，具体地，涉及一种回转类舱体孔特征的加工排序方法及系统。
背景技术
回转类舱体是导弹武器的典型结构件，具有特征种类多、薄壁与材料多样等特点，其上通常布有100-200个的孔特征。目前，孔特征通常在卧式四轴加工中心加工，通过工作台的旋转、卧式主轴的运动完成所有孔特征材料的去除。在数控加工过程中，由于孔特征数量众多，人工难以实现孔群加工路径的最优化，易导致空刀轨迹的增多，影响加工效率。同时，由于在进行数控编制时往往依靠人工经验，导致在多轴数控机床进行孔加工时工作台往往要不断地进行正反转来完成不同位置的孔特征加工。在这一过程中，机床工作台的定位精度会由于反复正反转受到影响度，进而增加了孔特征加工精度的把控难度，最终影响产品的加工质量。
在公开号为CN112596464A的中国专利文献中，公开了一种大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法，属于数控加工领域，更具体的说是一种大型复杂舱体结构件加工走刀路径优化方法。采用改进蚁群算法、以数控加工刀具走刀总空行程最小为优化目标进行加工工艺路线的优化，结合贪心算法按照距离最近判断选择原则进行刀具走刀最优路径的建立。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种回转类舱体孔特征的加工排序方法及系统。
根据本发明提供的一种回转类舱体孔特征的加工排序方法，包括以下步骤：
步骤S1：针对舱体零件回转轴构建投影平面，并建立直角坐标系；
步骤S2：在投影表面上确定孔特征的投影点，计算投影点与坐标轴之间的夹角；
步骤S3：根据夹角建立孔群集合，建立角度与孔群之间的映射关系；
步骤S4：基于单向原则，对不同孔群的加工顺序进行排列优化；
步骤S5：对排列后的孔群内部的孔特征加工顺序进行排列。
优选的，所述步骤S1中通过确定回转类舱体零件的回转轴，建立垂直于回转轴的投影平面，并基于回转轴在平面上的投影点作为原点构建直角坐标系。
优选的，所述步骤S2中将舱体表面孔特征的几何模型转换为单独的点位信息，并将该点位信息投影至投影平面，确定该点与直角坐标系坐标轴之间的夹角。
优选的，所述步骤S3中将具备同一角度的孔特征划入同一个孔群集合，并在角度与孔群之间建立映射关系。
优选的，所述步骤S4中，以机床工作台单向旋转为目标，对孔群对应的角度进行排序，使孔群的排序满足顺时针或逆时针的要求。
优选的，所述步骤S5中，结合相邻两个孔群内部孔特征的距离，对孔群内部的孔特征加工顺序进行优化。
根据本发明提供的一种回转类舱体孔特征的加工排序系统，包括以下模块：
模块M1：针对舱体零件回转轴构建投影平面，并建立直角坐标系；
模块M2：在投影表面上确定孔特征的投影点，计算投影点与坐标轴之间的夹角；
模块M3：根据夹角建立孔群集合，建立角度与孔群之间的映射关系；
模块M4：基于单向原则，对不同孔群的加工顺序进行排列优化；
模块M5：对排列后的孔群内部的孔特征加工顺序进行排列。
优选的，所述模块M1中通过确定回转类舱体零件的回转轴，建立垂直于回转轴的投影平面，并基于回转轴在平面上的投影点作为原点构建直角坐标系。
优选的，所述模块M2中将舱体表面孔特征的几何模型转换为单独的点位信息，并将该点位信息投影至投影平面，确定该点与直角坐标系坐标轴之间的夹角。
优选的，所述模块M3中将具备同一角度的孔特征划入同一个孔群集合，并在角度与孔群之间建立映射关系；所述模块M4中，以机床工作台单向旋转为目标，对孔群对应的角度进行排序，使孔群的排序满足顺时针或逆时针的要求；所述模块M5中，结合相邻两个孔群内部孔特征的距离，对孔群内部的孔特征加工顺序进行优化。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提出了一种孔特征的划分整合方法，通过构建投影平面来将回转类舱体零件表面上的孔特征根据其在投影平面上的位置进行划分与整合，进而构建用于排序的孔群集合。
2、本发明在结合实际加工需求和机床特性的基础上，提出了符合工艺要求的孔特征加工排序方法，有效解决人工进行数控程序编制所导致的机床工作台反复正反转所导致的加工精度难把控的问题。
3、通过对孔群之间的排序优化，减少不同孔群之间刀具转移的无效时间。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例回转类舱体孔特征的加工排序方法的流程图；
图2为本发明实施例中孔特征在投影平面上的分布示意图；
图3为本发明实施例中孔特征投影点在坐标系上分布示意图；
图4为本发明实施例中孔群分布平面示意图；
图5为本发明实施例中孔群在零件上的分布示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明介绍了一种回转类舱体孔特征的加工排序方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S1：针对舱体零件回转轴构建投影平面，并建立直角坐标系。通过确定回转类舱体零件的回转轴，建立垂直于回转轴的投影平面，并基于回转轴在平面上的投影点作为原点构建直角坐标系。
针对现有的零件模型，确定其回转轴以及包络盒。通过回转轴确定法矢方向，包络盒确定基准点来构建投影平面。构建完毕后，根据回转轴确定其与投影平面的交点(投影点)作为原点，构建排列优化所需的直角坐标系的原点。
步骤S2：在投影表面上确定孔特征的投影点，计算投影点与坐标轴之间的夹角。将舱体表面孔特征的几何模型转换为单独的点位信息，并将该点位信息投影至投影平面，确定该点与直角坐标系坐标轴之间的夹角。
结合投影平面和直角坐标系，首先将舱体回转表面上的孔特征几何信息简化，转而通过点位信息来描述，每一个孔特征都有且只有一个点与之对应。接着，将投影到平面上，得到投影点，如图2所示。
在已知的原点O和投影点P'后，在O与P'之间建立直线
Figure SMS_1
计算得到其与直角坐标系x轴的夹角θ，从而确定P'对应的孔特征在投影平面上对应的角度，如图3 所示。
步骤S3：根据夹角建立孔群集合，建立角度与孔群之间的映射关系，将具备同一角度的孔特征划入同一个孔群集合，并在角度与孔群之间建立映射关系。
将所属步骤S2中求得的夹角θ与孔特征建立映射关系，将相同夹角的孔放置于同一孔群中，从而将回转类舱体零件表面上的所有孔特征划分到不同的孔群里，每一个孔群都有且只有一个θ与之对应，如图4所示。
步骤S4：基于单向原则，对不同孔群的加工顺序进行排列优化，以机床工作台单向旋转为目标，对孔群对应的角度进行排序，使孔群的排序满足顺时针或逆时针的要求。
将步骤S3中得到的角度按照顺时针或逆时针的顺序进行排列，进而将不同角度所对应的孔群也按照该顺序进行调整，从而确保不同孔群之间的加工顺序能确保机床的工作台绕C轴旋转时按照单向进行旋转，如图5所示。
步骤S5：对排列后的孔群内部的孔特征加工顺序进行排列，结合相邻两个孔群内部孔特征的距离，对孔群内部的孔特征加工顺序进行优化。孔群内部的孔特征在单向旋转的基础上，采用总距离最短原则，确保孔群内孔特征中心点之间运动的总距离最小。
以步骤S4中排序后的孔群顺序为基础，对相邻两个孔群内的孔特征按照距离进行排列，减少孔群之间的刀具空走时间。此时，将每一个孔群作为一个单独的对象，同样采用全局距离最短原则，确保孔群之间的运动距离最短。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (7)

1.一种回转类舱体孔特征的加工排序方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：针对舱体零件回转轴构建投影平面，并建立直角坐标系；
步骤S2：在投影表面上确定孔特征的投影点，计算投影点与坐标轴之间的夹角；
步骤S3：根据夹角建立孔群集合，建立角度与孔群之间的映射关系；
步骤S4：基于单向原则，对不同孔群的加工顺序进行排列优化；
步骤S5：对排列后的孔群内部的孔特征加工顺序进行排列；
所述步骤S1中通过确定回转类舱体零件的回转轴，建立垂直于回转轴的投影平面，并基于回转轴在平面上的投影点作为原点构建直角坐标系；
所述步骤S4中，以机床工作台单向旋转为目标，对孔群对应的角度进行排序，使孔群的排序满足顺时针或逆时针的要求。
2.根据权利要求1所述的回转类舱体孔特征的加工排序方法，其特征在于：所述步骤S2中将舱体表面孔特征的几何模型转换为单独的点位信息，并将该点位信息投影至投影平面，确定该点与直角坐标系坐标轴之间的夹角。
3.根据权利要求1所述的回转类舱体孔特征的加工排序方法，其特征在于：所述步骤S3中将具备同一角度的孔特征划入同一个孔群集合，并在角度与孔群之间建立映射关系。
4.根据权利要求1所述的回转类舱体孔特征的加工排序方法，其特征在于：所述步骤S5中，结合相邻两个孔群内部孔特征的距离，对孔群内部的孔特征加工顺序进行优化。
5.一种回转类舱体孔特征的加工排序系统，其特征在于：包括以下模块：
模块M1：针对舱体零件回转轴构建投影平面，并建立直角坐标系；
模块M2：在投影表面上确定孔特征的投影点，计算投影点与坐标轴之间的夹角；
模块M3：根据夹角建立孔群集合，建立角度与孔群之间的映射关系；
模块M4：基于单向原则，对不同孔群的加工顺序进行排列优化；
模块M5：对排列后的孔群内部的孔特征加工顺序进行排列；
所述模块M1中通过确定回转类舱体零件的回转轴，建立垂直于回转轴的投影平面，并基于回转轴在平面上的投影点作为原点构建直角坐标系；
所述模块M4中，以机床工作台单向旋转为目标，对孔群对应的角度进行排序，使孔群的排序满足顺时针或逆时针的要求。
6.根据权利要求5所述的回转类舱体孔特征的加工排序系统，其特征在于：所述模块M2中将舱体表面孔特征的几何模型转换为单独的点位信息，并将该点位信息投影至投影平面，确定该点与直角坐标系坐标轴之间的夹角。
7.根据权利要求5所述的回转类舱体孔特征的加工排序系统，其特征在于：所述模块M3中将具备同一角度的孔特征划入同一个孔群集合，并在角度与孔群之间建立映射关系；所述模块M5中，结合相邻两个孔群内部孔特征的距离，对孔群内部的孔特征加工顺序进行优化。
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