基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法技术

一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，首先根据机床行程及蒙皮件实际尺寸进行加工区域划分，并对蒙皮件分区域特征识别。其次，确定每一加工区域的排架分布信息及当前区域的特征加工顺序、切削参数等信息，并构建蒙皮中间层工艺曲面，用于自动计算刀具轨迹。根据刀轨信息对机床主轴及顶撑基于特征的自动数控编程，通过干涉判断调整排架位置，最终输出最终数控程序驱动数控机床实现快速加工。基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控编程，缩短刀轨编制周期，实现了加工主轴自动数控编程、顶撑的自动数控编程，减少编程对人的经验的依赖性，保证编程规范性，提高编程质量，同时提高编程效率。

【技术实现步骤摘要】
基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法
本专利技术涉及一种集成制造方法，尤其是一种以CAM(ComputerAidedManufacturing)为基础快速自动生成蒙皮零件数控加工程序的方法，具体地说是一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法。
技术介绍
镜像铣系统MMS(MirrorMillingSystem)是一种用于蒙皮铣切加工的新型柔性加工系统，与传统多点系统不同，蒙皮镜像铣削采用排架式真空吸附立式装夹，通过移动排架调整加工区域，背部采用带有超声波测厚的顶撑装置与主轴刀具位置时刻成镜像关系，从而实现对工件加工部位的高度刚性支撑，防止加工过程的颤振，并实现厚度的控制，是一种新型绿色加工技术。然而，新一代蒙皮镜像铣技术加工工艺复杂，编程前需要根据蒙皮实际尺寸及机床性能对蒙皮进行加工区域的划分，针对蒙皮加工区域确定每个加工区域下排架的分布状态。蒙皮属于弱刚性薄壁件，加工过程中不允许抬刀，以防止加工变形，同时由于厚度监测采用超声波测厚，对刀轨提出了无交叉，无重叠的要求。蒙皮加工需要逐层铣削，而蒙皮中间层特征属于复杂曲面相交特征，包含下陷，通窗等特征，无法利用中间层的工艺面直接数控编程，需要手动创建工艺曲面代替原有曲面。顶撑为保证与加工主轴的实时镜像，需要对顶撑装置进行同步数控编程。传统的数控编程及已有的刀具轨迹无法满足蒙皮镜像铣加工的需求。目前蒙皮镜像铣加工的刀具轨迹采用手动绘制，一个小尺寸(100mm×100mm)工艺面至少需要15-30分钟的时间划线，同时编程过程中，工艺参数，走刀方案及顶撑轨迹都需要单独添加控制指令，严重影响蒙皮镜像铣数控编程效率。针对以上问题，提出一种基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控编程方法。首先根据蒙皮镜像铣已划分的加工区域，分区域特征识别，快速准确的提取到蒙皮零件的加工特征，利用交互处理完成蒙皮全部特征的提取及保存。基于特征自动规划每个加工区域的排架分布，确定每个加工区域的装夹状态，并决策切削参数，加工顺序等信息。基于决策加工顺序及加工参数自动创建中间层加工特征，并添加到加工特征识别结果中进行基于特征的快速刀轨计算，自动生成每层，每个特征的刀具轨迹。根据刀轨信息和决策的加工工艺方案自动添加主轴加工程序，并自动为顶撑装置数控编程，通过干涉检查判断排架是否与顶撑发生干涉以调整排架位置，最终输出数控程序，完成基于特征的蒙皮镜像铣削自动数控编程。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对飞机蒙皮零件刚性差、表面复杂需采用镜像加工来保证加工质量，但镜像加工中由于无法直接从工艺数据库中读取工艺规程，需要大量手工操作和选取而导至数控加工程序编程周期长、效率低，影响数控机床加工效率的问题，专利技术一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法。本专利技术的技术方案是：一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步骤:首先，根据蒙皮镜像铣加工区域划分规则对蒙皮件划分加工区域；其次，根据所划分的加工区域对蒙皮零件进行分区域特征识别，分区域特征识别包含自动特征识别及交互特征识别；第三，基于所识别的特征决策加工顺序及加工参数等信息；第四，根据决策的加工顺序及加工参数，构造中间特征；第五，根据蒙皮镜像铣刀具轨迹生成规则，自动计算每个特征的刀具轨迹；第六，根据蒙皮编程工艺规范及生成的刀具轨迹对加工主轴进行数控编程得到主轴数控程序；第七，根据蒙皮编程工艺规范及主轴数控程序对顶撑进行数控编程；第八，干涉检查，调节排架位置直到干涉问题解决；第九，后置处理，自动生成全部数控加工程序，供数控加工机床进行铣削加工。所述的加工区域划分是指由于蒙皮镜像铣削装置采用排架式真空吸附卧式装夹，而且加工过程中蒙皮件反面有支撑装置与主轴发生镜像随动，实时压紧蒙皮，为了避免顶撑与排架发生干涉，需要在数控编程前对蒙皮件进行加工区域划分。加工区域划分主要考虑机床的加工行程，蒙皮件刚性及尽量避免拆分加工特征等因素，尽可能减少划分的加工区域数量。所述的分区域特征识别是指根据蒙皮划分的加工区域，将蒙皮分割成多个零件体，提取每个加工区域待加工特征的几何信息和工艺信息，按照定义好的蒙皮零件特征进行特征化标记，采用全息属性面边图的方法进行特征识别。主要识别蒙皮的下陷特征、通窗特征、孔特征以及轮廓特征。识别过程中标注加工区域，及加工区域中每个特征的厚度，几何尺寸及加工位置等信息，为决策加工顺序、加工参数等信息及刀轨生成提供依据。所述的蒙皮特征交互识别是在特征识别后，根据实际需求，提供将不必要的特征从特征列表中删除的功能，同时可将未识别到的特征添加的特征列表中。由于蒙皮零件存在建模缺陷，即出现个别完整特征被拆分成多个碎面的情况，碎面的存在不仅影响编程效率，同时影响加工质量，在交互识别中提供碎面拟合功能，将碎面特征离散成点，在从点拟合成能够替代原始特征的工艺曲面，完善识别结果，为后续刀轨计算提供依据。所述的所述的决策加工顺序及加工参数是通过蒙皮镜像铣数控编程工艺规范提供完整的信息支撑，根据蒙皮件加工区域的划分自动确定排架位置、特征的加工顺序、刀具有效切削半径、刀轨间距范围、进退刀位置，进退刀参数以及切削参数，并确定通窗及轮廓特征的加工工艺方案，基于特征表达工艺规则及工艺方案。所述的中间特征构造是指蒙皮件中间层工艺下陷面加工特征的构建。蒙皮零件的特征是由复杂曲面相交构成，蒙皮镜像铣削需要从厚度最大的一层，逐层铣削。由于中间层工艺曲面会包含下陷特征，孔特征及通窗特征等，在数控编程时无法直接在中间层曲面上直接绘制加工轨迹，需要创建工艺曲面覆盖原中间层的曲面用以编程。而蒙皮件特征识别不包含中间层加工特征，因此需要根据加工区域的边界条件及决策的加工顺序和加工参数信息构建中间层的工艺曲面，供后续刀轨计算。所述的刀具轨迹生成规则是指蒙皮镜像铣要求刀轨要满足无残留、无抬刀、无交叉、等距离、刀轴沿曲面法向方向等规则，保证加工过程中超声波测厚信号的稳定及加工过程的稳定。所述的主轴数控编程是指将决策的加工顺序及加工参数作为自动编程的依据，根据蒙皮镜像铣削数控编程工艺规范，针对每个特征自动添加刀轨操作、进退刀操作并自动赋值工艺切削参数，基于特征实现自动数控编程。所述的顶撑数控编程是指由于蒙皮镜像铣削采用一个至少五坐标的顶撑装置，实时与主轴形成镜像运动，压紧蒙皮，防止加工颤振及加工变形等加工问题，因此在蒙皮镜像铣的数控编程中需要对顶撑装置单独进行数控编程。顶撑装置数控程序根据主轴加工轨迹，主轴轴向方向，及蒙皮特征厚度自动计算顶撑的实际轨迹。当机床主轴所在位置的刀位点Pn的法向为时，根据蒙皮当前厚度T可以计算出顶撑所在位置的向量及坐标P′n为：本专利技术的有益效果是：1、本专利技术通过基于特征的决策每种特征工艺方案、加工顺序、切削参数等信息，实现工艺方案决策的自动化及智能化，为自动数控编程提供依据。2、本专利技术通过基于特征的刀轨自动生成代替以往蒙皮零件加工特征点选的过程，以及手动划线的过程，准确高效，解决手动划线工作量大及误操作等问题，提高刀轨编制效率。3、本专利技术通过基于特征的数控编程自动为主轴添加加工操作，根据主轴走刀路径自动计算顶撑的移动轨迹，并添加数控程序，同时控制顶撑装置上的超声波测厚系统，提高编程效率，并且保证编程的规范性。4、本专利技术通过基于特征的蒙皮镜像本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步骤:首先，根据蒙皮镜像铣加工区域划分规则对蒙皮件划分加工区域；其次，根据所划分的加工区域对蒙皮零件进行分区域特征识别，分区域特征识别包含自动特征识别及交互特征识别；第三，基于所识别的特征决策加工顺序及加工参数等信息；第四，根据决策的加工顺序及加工参数，构造中间特征；第五，根据蒙皮镜像铣刀具轨迹生成规则，自动计算每个特征的刀具轨迹；第六，根据蒙皮编程工艺规范及生成的刀具轨迹对加工主轴进行数控编程得到主轴数控程序；第七，根据蒙皮编程工艺规范及主轴数控程序对顶撑进行数控编程；第八，干涉检查，调节排架位置直到干涉问题解决；第九，后置处理，自动生成全部数控加工程序，供数控加工机床进行铣削加工。

【技术特征摘要】
1.一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步骤:首先，根据蒙皮镜像铣加工区域划分规则对蒙皮进行加工区域划分；其次，根据加工区域划分对蒙皮进行分区域特征识别，分区域特征识别包含自动特征识别及交互特征识别；第三，基于所识别的特征决策加工顺序及加工参数信息；所述的决策加工顺序及加工参数信息是通过蒙皮镜像铣削数控编程工艺规范提供完整的信息支撑，根据蒙皮加工区域划分自动确定排架位置、特征的加工顺序、刀具有效切削半径、刀轨间距范围、进退刀位置、进退刀参数以及切削参数，并确定通窗及轮廓特征的加工工艺方案，基于特征表达工艺规则及工艺方案；第四，根据决策的加工顺序及加工参数信息，构造中间特征；第五，根据蒙皮镜像铣刀具轨迹生成规则，自动计算每个特征的刀具轨迹；第六，根据蒙皮镜像铣削数控编程工艺规范及生成的刀具轨迹对加工主轴进行数控编程得到主轴数控程序；第七，根据蒙皮镜像铣削数控编程工艺规范及主轴数控程序对顶撑进行数控编程；第八，干涉检查，调节排架位置直到干涉问题解决；第九，后置处理，自动生成全部数控加工程序，供数控加工机床进行铣削加工；所述的分区域特征识别是指根据蒙皮加工区域划分，将蒙皮分割成多个实体，提取每个加工区域待加工特征的几何信息和工艺信息，按照定义好的蒙皮特征进行特征化标记，采用全息属性面边图的方法进行特征识别；主要识别蒙皮的下陷特征、通窗特征、孔特征以及轮廓特征；识别过程中标注加工区域及加工区域中每个特征的厚度、几何尺寸及加工位置，为决策加工顺序及加工参数信息提供依据。2.如权利要求1所述的基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成，其特征是加工区域划分是指由于蒙皮镜像铣削装置采用排架式真空吸附卧式装夹，而且加工过程中蒙皮反面有支撑装置与主轴发生镜像随动，实时压紧蒙皮，为了避免顶撑与排架发生干涉，需要在数控编程前对蒙皮进行加工区域划分；加工区域划分主要考虑机床的加工行程、蒙皮刚性和避免拆分加工特征以减少划分的加工区域数量。3.如权利要求1所述的基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，其特征是蒙皮交互特征识别是在特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，郝小忠，周鑫，刘长青，马斯博，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32