工艺方案与加工单元相融合的结构件数控加工链生成方法

摘要

本发明涉及一种工艺方案与加工单元相融合的结构件数控加工链生成方法，主要步骤如下：1）工艺方案构建；2）工艺方案与加工单元相融合构建数控加工链。该工艺方案与加工单元相融合的结构件数控加工链生成方法，通过建立工艺方案与加工单元相融合的飞机结构件数控加工链，深度表达工艺过程，完成数控加工文件自动生成，以实现数控编程系统的完全自动化。

主权项

一种工艺方案与加工单元相融合的结构件数控加工链生成方法，其特征在于主要步骤如下：1)工艺方案构建；2)工艺方案与加工单元相融合构建数控加工链；其中所述的工艺方案构建，包含两项基础技术：(1)工艺方案模型；(2)工艺方案构建规则；其中，工艺方案模型采用树状结构表示，包含零件、机床、工位、工序、工步、程序及刀具七级节点，这七级节点依次均为父子关系；以该树状结构模型为基础，结合飞机结构件的典型工艺流程，将每一类飞机结构件建立工艺方案模板；在此基础上，工艺方案还必须满足一定的构建规则，具体规则如下：(1)优先级在每个加工工位，各工步的设计顺序须满足：WS_r＜WS_w＜WS_c＜WS_ss＜WS_sf＜WS_fs＜WS_ff或WS_r＜WS_w＜WS_ss＜WS_sf＜WS_c＜WS_fs＜WS_ff，其中“＜”表示“优先于”；(2)存在性为保证工艺方案符合工艺要求，在工艺方案中，有些工步必须存在，而有些工步可以不存在，其中“1”表示存在，“0”表示不存在，“0或1”表示存在与不存在均可；(3)有效性工艺过程中每把刀具都必须能参与实际切削并去除一定量的多余材料，以保证工艺方案有效，规则如下：设WP为某一工序，WS₁,WS₂,…,WS_n为WP的工步序列，CT₁,CT₂,…,CT_n为WS₁,WS₂,…,WS_n的刀具序列，d₁,d₂,…,d_n、m_r1,m_r2,…,m_rn及m_a1,m_a2,…,m_an分别为与CT₁,CT₂,…,CT_n对应的直径序列、侧向余量和轴向余量序列，MP为工序WP所需加工的工艺特征类型，如果序列WS₁,WS₂,…,WS_n中存在加工MP的子工步序列WS₍₁₎,WS₍₂₎,…,WS_(k)，并且WS₍₁₎,WS₍₂₎,…,WS_(k)对应的刀具直径和加工余量序列分别为d₍₁₎,d₍₂₎,…,d_(k)、m_(r1),m_(r2),…,m_(rk)及m_(a1),m_(a2),…,m_(ak)，1≤k≤n，则必须满足：d₍₁₎≥d₍₂₎≥…≥d_(k)，m_(r1)≥m_(r2)≥…≥m_(rk)及m_(a1)≥m_(a2)≥…≥m_(ak)；其中WS_r表示粗加工内外形，即在保留精加工余量和修正变形所留余量的前提下去除大部分加工余量；WS_w表示精加工腹板，即将广义腹板加工到位；WS_c表示转角加工，即去除转角部位的余量；WS_ss表示半精加工内外形，即再去除竖直侧壁面的部分加工余量，进一步释放变形；WS_sf表示半精铣内外缘，即去除内外缘条曲面的部分加工余量，进一步释放变形：WS_fs表示精加工内外形，即将零件的竖直侧壁面加工至设计尺寸；WS_ff表示精铣内外缘，即内外缘曲面加工至设计尺寸；WS_t表示切断加工，即将零件从工件中切断；所述的工艺方案与加工单元相融合构建数控加工链，包括以下步骤：1)加工域结构树构建：采用分层求交特征识别方法，构建扩展广义槽树状模型及加工域树状结构模型，完成飞机结构件特征识别，其中：1.1)广义槽相关说明如下：复杂型腔由轮廓、岛屿、约束顶面及约束底面所构成，而轮廓和岛屿均由多个侧壁面片按照一定的序列连接而成，并具有自身的约束顶面与约束底面，称这种结构为广义侧壁，表示为s，分为轮廓型和岛屿型，分别表示为s_p，s_i；在某工位方向上，将轮廓和岛屿作为广义侧壁，并与约束顶面、约束底面一起间接定义槽腔特征，并在广义侧壁上定义附属特征，如内陷、筋、转角、开闭角等，即构成扩展广义槽，表示为g，其BNF范式定义如下：<扩展广义槽>::＝(<工位方向>，<标识>，<约束顶面_1>，<约束底面_1>，{底面}，<广义侧壁>，{广义侧壁}，[父槽]，{子槽})<标识>::＝(<槽>|<开口>|<孔>)<广义侧壁>::＝(<侧面集>，<类型>，<约束顶面_2>，<约束底面_2>，{筋}，{开角}，{闭角}，{内陷}，{底部圆角}，{转角}，{倒角}，[工装]，…)<类型>::＝(<轮廓>|<岛屿>)其中，扩展广义槽和每个广义侧壁均有各自的约束顶面及约束底面，它们之间并不一定相等，此外，为便于侧壁节点的精加工，一个广义侧壁可能属于多个扩展广义槽；易知，扩展广义槽满足以下性质：性质1在某一工位方向上，如果存在广义侧壁s，其侧面集F＝{f₁,f₂,…,f_n}，约束顶面为p_t，约束底面为p_b，n≥2，那么，由侧面f₁,f₂,…,f_n及p_t,p_b必然可构成一个完全封闭的三维连通空间；性质2在某一工位方向上，如果存在扩展广义槽g，由轮廓型广义侧壁s_p及若干个岛屿型广义侧壁s_i1,s_i2,…,s_in，约束顶面p_t及约束底面p_b所构成，那么，s_p，s_i1,s_i2,…,s_in及p_t，p_b必然可构成一个完全封闭的三维连通空间；1.2)加工域结构树相关说明如下：由性质2可知扩展广义槽定义了一个封闭的三维连通空间，这个空间是形成这个槽特征需去除的多余材料域，因此，可用扩展广义槽树状模型定义和表示零件的加工域，结果称为零件的加工域树状结构模型，加工域树状结构模型的根结点是工域σ，σ的子节点是工位方向，每个工位下存在若干个相互独立并存在父子关系的域元a；域元是扩展广义槽的约束顶面、约束底面、轮廓型广义侧壁的侧面集及岛屿型广义侧壁侧面集所围成的三维封闭材料区域，其BNF范式可表示为：<域元>::＝(<轮廓侧面集>，{岛屿侧面集}，<约束顶面>，<约束底面>，[父域元]，{子域元})2)刀具与域元匹配：根据工艺方案描述的工艺过程，提取出每个工步的加工余量以及刀具信息，基于加工域元的几何属性，包括高度、最小宽度、侧面圆角值和底面圆角值，选取刀具可加工的广义槽特征；3)加工单元构建：根据刀具的可加工能力，即在给定义槽特征、刀具几何参数、侧向余量和轴向余量条件下，技术处刀具的可加工区域，再有可加工区域不同的几何形状，选取不同的加工操作，并计算加工操作的几何参数；有可加工区域、加工操作类型、加工操作几何参数、加工参数及刀具几何参数构成加工单元，在飞机结构件数控编程中，最常用的加工操作为型腔加工操作与轮廓加工操作两种；其中型腔加工操作的几何参数BNF表示如下：几何参数::＝(<约束顶面>，<约束底面>，<轮廓导动元>，{岛屿导动元}，<轴向余量>，<径向余量>)；其中，轮廓导动元和岛屿导动元均为封闭环，并且岛屿导动元的个数大于等于0，此外，易知上述几何元素围成了一个封闭的槽腔，结合刀具、策略参数等即可完成槽加工刀轨计算；轮廓加工操作的几何参数BNF表示如下：几何参数::＝(<约束顶面>，<约束底面>，<轮廓导动元>，[起始约束元]，[终止约束元]，<轴向余量>，<径向余量>)；其中，轮廓导动元是轮廓加工最重要的几何元素，既可为封闭环，也可为开环，起始约束元和终止约束元用于约束刀具在加工过程中的起始和终止位置；4)工艺方案与加工单元融合：通过步骤3)获取每把刀具可加工的加工单元序列，将这些加工单元序列添加到工艺方案的刀具节点下，形成8级节点的树状结构，这个树状结构即为飞机结构件的数控加工链，在微观层面表达零件的工艺过程；数控加工链与CATIA加工树模型存在映射关系，在对应的刀具节点下，他们之间的加工单元与加工操作是一一映射的，通过将加工单元的加工操作参数设置到实例化的加工操作中，即可自动化生成数控加工文件。