飞机复杂构件粗加工单元自动构建方法

摘要

飞机复杂构件粗加工单元自动构建方法，该方法的主要实现过程为：1)获取特征基本信息；2)粗加工特征分层优化；3)粗加工初始几何导引线生成；4)粗加工几何导引线修正；5)粗加工单元模型定义及构建，集成各种参数信息，便于加工操作的创建与参数设置。本发明主要用于特征在经过特征识别及刀具选取后，自动进行分层粗加工单元的构建，以期实现粗加工加工操作的自动生成以及所需几何参数、加工参数、刀具参数、过渡宏参数的自动化获取及设置，进而大量减少人机交互编程的工作量，显著缩短编程周期，提高数控编程的效率以及加工效率。

主权项

1.一种飞机复杂构件粗加工单元自动构建方法，其特征在于：该方法主要由以下步骤实现的：1)获取特征基本信息；2)粗加工特征分层优化；3)粗加工初始几何导引线生成；4)粗加工几何导引线修正；5)粗加工单元模型定义及构建；所述获取特征基本信息，即获取以飞机复杂构件为根结点的广义槽特征树状模型，然后遍历广义槽特征结构树获取每个广义槽对象，并提取以下信息：(1.1)槽特征顶面高度Z_t、底面高度Z_b、底R、侧R、侧壁面类型以及侧壁面结合体；(1.2)加工该特征选用的粗加工刀具和精加工腹板刀具；其中广义槽模型定义为：<广义槽>::＝(<顶面>，<底面>，<轮廓>，<父槽特征>，<轮廓>::＝(<顶面>，<底面>，<内陷>，<闭角>)；<凸台>::＝(<顶面>，<底面>，<内陷>，<闭角>)；<内陷>::＝(<顶面>，<底面>，<顶部圆角>，<底部圆角>，<闭角>::＝(<顶面>，<底面>，<底部圆角>，<起始限制面>，<终止限制面>)；所述粗加工特征分层优化的具体流程如下：步骤(2.1)：由(1.1)获取的Z_t和Z_b，计算当前槽特征的高度H＝Z_t-Z_b，设定特征粗加工理论余量为M_t，父槽特征粗加工实际余量为M_aup，切深最大浮动差值为δ；步骤(2.2)：获取粗加工刀具切深A_pc和精加工腹板刀具切深A_pj，如果刀具的切深小于等于切宽，则直接取刀具的切深即可；否则用等体积方法修正刀具粗加工分层采用的切深，具体方法为：<2.2.1>获取当前刀具切深A_p和切宽A_e，计算出体积V＝A_p×A_e×V_t，V_t为刀具加工速度；<2.2.2>设定刀具粗加工切宽为A_e’＝D_刀(1-α)，其中D_刀为刀具直径，α为刀具重叠比例；<2.2.3>更新刀具粗加工切深A_p＝A_p’＝V/(A_e’×V_t)；然后获取父特征经过粗加工后的底面高度H_aup＝H_bt+M_aup，H_bt为父特征底面高度；再获取当前槽特征粗加工理论余量偏置面的高度H_ocur＝H_bcur+M_t，H_bcur为当前特征底面高度，最后计算出当前特征理论需要加工深度D_t＝H_aup-H_ocur；步骤(2.3)：<2.3.1>如果D_t小于等于δ，计算出该特征不经过粗加工的最大残留余量D_t+M_t，再考虑切深最大浮动差值δ；如果A_pj小于D_t+M_t-δ，此时需要增加一层，即粗加工分层数为1，并将当前特征的粗加工实际余量M_acur设置为精加工腹板刀具切深A_pj；否则，粗加工不进行分层，即粗加工分层数为0，取当前特征粗加工实际余量M_acur为D_t+M_t；<2.3.2>如果D_t大于δ，则进入步骤(2.4)；步骤(2.4)：判断D_t与粗加工刀具切深A_pc的关系，如果D_t小于等于A_pc，则进入步骤(2.5)；否则进入步骤(2.6)；步骤(2.5)：再次判断A_pj与D_t+M_t的关系，如果大于等于则不增加分层，即粗加工分层数为0，M_acur取D_t+M_t；否则增加一层，即粗加工分层数为1，当前特征粗加工实际余量M_acur取粗加工理论余量M_t；步骤(2.6)：对D_t按照平均分层，获取理论分层层面个数N_t＝D_t/A_pc，然后再对N_t进行取整，获取取整后的层数N_z，计算出按照A_pc进行切削，分层层数为N_z的情况下特征的粗加工加工余量M_last，判断该余量M_last与A_pj的关系，如果M_last小于等于A_pj则按照A_pc进行分层，取粗加工分层数为N_z层，M_acur取M_last；否则判断N_t与N_z的关系，如果满足|N_t-N_z|＜ε，ε为精度值，ε＝1.0e-5，则粗加工分层数取N_z，粗加工分层实际采用的切深为D_t/N_z；否则粗加工分层数取N_z+1，实际切深为D_t/(N_z+1)，两种情况下的粗加工实际余量M_acur都取粗加工理论余量M_t；步骤(2.7)：由上述步骤获取了当前槽特征的粗加工分层层面高度，以及粗加工实际余量M_acur，所述的粗加工初始几何导引线生成流程如下：(3.1)创建求交平面与特征节点侧壁面结合体求交；(3.2)去除求交结果的非可用域；(3.3)对剩余域进行组环获取粗加工初始几何导引线环；其中步骤(3.1)创建求交平面与特征节点侧壁面结合体求交：特征节点分为轮廓和凸台节点；参考当前加工坐标系，以坐标系XY平面为基准，并且以粗加工分层层面高度值为偏移值创建分层平面，然后将这些平面与特征节点侧壁面结合体进行求交；判断求交结果更新是否正确，如果更新错误表示求交错误，直接结束；否则获取求交结果中的所有域，求交结果中的域由若干互相连接的线段组成，可分为开环域与封闭环域：<3.1.1>开环域为除域端点外，域中其它点都在求交结果的所有边线中只能找到两条边的某一端点与其重合；<3.1.2>封闭环域为由若干边线组成的封闭环，其中每个内部点都只能在求交结果的所有边线中正好找到两条边的某一端点与其重合；进入步骤(3.2)；步骤(3.2)去除求交结果的非可用域：求交结果中的非可用域包含以下四种：<3.2.1>独立域：当前域的两端点都未与求交结果中的其他任意域端点重合；<3.2.2>单开域：当前域只有一端点未与求交结果中的其他任意域端点重合，另一端点在求交结果的其他域中存在域端点与其重合；<3.2.3>重复域：(3.2.3.a)重复域1：求交结果的其他域中存在某域与当前域完全重合或部分重合；(3.2.3.b).重复域2：由于求交精度问题产生的距离很小的重复域，即为侧壁面中包含有底R并且求交平面高度与特征底面高度相等时，求交平面与底R面求交产生域，并且求交平面与底R下边线也产生求交域，这两个域距离非常小，属于重复域；<3.2.4>外边界域：当前粗加工层面高度与零件腹板面高度相同，并且当前求交采用的结合体依赖的特征节点为零件外形凸台时，结合体中存在一些较大的面片，在局部与其他面片组成一个封闭区域，所以求交结果在这个局部区域会产生一个封闭的小环，这个小环由内边界域和外边界域组成，实际加工凸台是按照内边界域走刀的，所以如果外边界域不去除，后续构建最大环将会删除内边界域，这样腹板就未进行加工；上述四种非可用域的去除方法如下：<1>独立域及单开域的去除：提取出域的端点，如果存在至少一个域端点与其他所有域端点都未产生重合，则删除这种域；<2>重复域1的去除：a.完全重合域的去除，实际情况只存在仅含有一条边线的重复域，去除方法为边线个数为1，对应端点匹配；b.部分重合域的去除：提取出域的端点，如果存在至少一个域端点与其他所有域端点都未产生重合，则删除这种域；<3>重复域2的去除：判断求交结果中是否存在边线依赖源面相同的两个域，如果存在则去除其中依赖于底R面的域；<4>外边界域的去除：获取所有边线依赖的源，如果依赖源全为凸边，则删除这种域；步骤(3.3)对剩余域进行组环获取粗加工初始几何导引线环：步骤(3.2)执行完后对剩余域进行组环，采用扩展删除法对剩余域进行最大环的提取，具体实现流程为：<3.3.1>在剩余域中随机获取起始域，利用端点重合匹配原则构建初始封闭环，将初始封闭环设定为当前封闭环，去除剩余域中包含在初始封闭环中的域，并在剩余域中删除在平面位置关系上属于当前封闭环内部的域；<3.3.2>获取当前封闭环含有的所有域的端点，再从这些域端点中提取出当前封闭环中的有效端点，其中有效端点为当前封闭环所有域端点中与剩余域端点存在重合的点，以任意两有效端点为起始和终止点，在剩余域中查找一条路径实现两点相连接，如果找到则更新当前封闭环，并在剩余域中删除刚查找到的新路径中包含的域，而且在剩余域中删除在平面位置关系上属于当前封闭环内部的域；直到当前封闭环的任意两有效域端点都扩展完；<3.3.3>再以新封闭环按照<3.3.2>进行扩展，直到剩余域个数为0，最后的封闭环即为最大环，这个环就构成了粗加工初始几何导引线环；所述粗加工几何加工导引线修正的具体实现流程为：步骤(4.1)：获取当前槽特征的凸台和轮廓节点，并分别获取两节点中含有的内陷结构和闭角结构；由3)生成的粗加工初始几何导引线，投影到当前分层平面上得到当前草图Cur_Sketch；步骤(4.2)：获取特征节点中所有内陷及闭角结构的修正草图，构成链表ListOfModSketch，大小为C_inner：<4.2.1>获取内陷修正线草图方法：找到内陷上部最外边界拓扑边线，将其投影到当前层面即生成内陷修正线草图；<4.2.2>获取闭角修正线草图方法：获取当前特征轮廓节点和凸台节点的闭角结构，闭角结构由若干相邻的闭角面组成，并包含起始限制面和终止限制面，获取这些闭角面的上部边线，将这些边线投影到分层平面上即获取闭角结构的修正线；步骤(4.3)：从步骤(4.2)中获取ListOfModSketch链表中的所有修正草图，设其中第i个修正草图为ModSketch_i，判断其与Cur_Sketch的关系；如果Cur_Sketch依赖的节点为轮廓节点，且满足下列关系的一种：<4.3.1>ModSketch_i部分在Cur_Sketch的边界上，部分在Cur_Sketch环内；<4.3.2>两者交叉；<4.3.3>ModSketch_i完全在Cur_Sketch边界上，则转到(4.3.3.a)进行轮廓修正；如果为凸台节点，则直接进入到(4.3.3.b)凸台修正；直到所有修正草图都修正完毕，生成最终的粗加工几何导引线；(4.3.3.a).进行轮廓节点几何导引环的修正，即获取当前特征轮廓的最内边界为修正后的几何导引线环，首先对Cur_Sketch进行蒙面，然后用ModSketch_i切割蒙面结果，获取切割结果后作以下判断：如果切割后的面片内部点不在闭角或内陷刀具轴向投影范围内，即取切割后的面片边界环为轮廓修正后的几何导引环；否则取切割的另一侧，并取另一侧切割结果包含的面片边界环为轮廓修正后的几何导引环；最后将修正后的几何导引线环投影到当前分层层面即生成修正后的草图，将Cur_Sketch更新为修正后的草图；(4.3.3.b).进行凸台节点几何导引环的修正，即获取当前特征凸台的最外边界为修正后的几何导引线环，首先对当前Cur_Sketch和ModSketch_i进行裁剪操作，然后循环对不同的裁剪结果进行面积计算，并找到面积最大的裁剪结果作为最终需要的裁剪结果，最后取其边界环为凸台修正后的几何导引环，最后将修正后的几何导引线环投影到当前分层层面即生成修正后的草图，将Cur_Sketch更新为修正后的草图；所述的粗加工单元模型定义及构建：根据获取的当前槽特征的几何参数，刀具参数，粗加工分层层面高度，各层面的加工几何导引线环，加工参数以及加工策略参数，再依赖粗加工单元的定义模型构建出当前槽特征的分层粗加工单元；其中粗加工单元的模型定义为：<粗加工单元>::＝(<几何参数>，<加工策略参数>，<加工参数>，<刀具参数>，<速度参数>，<加工宏参数>)；<几何参数>::＝(<顶面>，<底面>，<轮廓导引线>，<加工策略参数>::＝(<走刀样式>，<行切方向>，...)；<加工参数>::＝(<底面余量>，<顶面余量>，<步距>，<切深>，...)；<刀具参数>::＝(<直径>，<底R>，<下刀深>，<刃长>，<总长度>，...)；<速度参数>::＝(<进刀速度>，<退刀速度>，<精加工速度>，<加工速度>)；<加工宏参数>::＝(<进刀>，<退刀>，<连接进刀>，<连接退刀>，<层内连接进刀>，<层内连接退刀>，<层间连接进刀>，<层间连接退刀>，<精加工连接进刀>，<精加工连接退刀>，...)。