一种大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法技术

本发明专利技术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。采用此方法可以同时解决被加工零件体积较大、拥有多轮廓混合轨迹、加工换刀次数较多且需考虑加工约束条件等众多影响因素的大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化问题，充分发挥出五轴数控机床的加工特性，减少刀具存在的过多的无效空行程，提高舱体结构件加工效率。

【技术实现步骤摘要】
一种大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法
本专利技术属于数控加工领域，更具体的，涉及大型复杂舱体结构件数控加工刀具走刀路径优化方法。
技术介绍
随着航空航天技术的发展，大型复杂舱体结构件的高效高质加工越来越重要。数控加工过程中，刀具按照既定加工工艺路线进行走刀加工，加工工艺路线制定的质量高低决定着零件加工的效率和精度。刀具按照加工工艺路线在加工区域的移动过程中，除针对加工特征进行加工外，还需在相邻被加工特征及往返起始换刀点时进行辅助移动，针对大型复杂舱体结构件，因其体积较大、特征较多且形式多样，刀具辅助移动占据了大量加工时间，导致加工效率低下，因此对大型复杂舱体结构件加工走刀辅助移动路径即其走刀空行程进行优化十分必要。目前已有研究中针对加工走刀空行程进行路径优化主要分为两类，一是针对孔群加工走刀路径进行优化，二是针对DXF文件中加工图元信息进行加工路径优化。对现有的文献检索发现，针对孔群走刀路径进行优化，被加工特征较为简单，在大型复杂舱体结构件中存在大量开放式及封闭式轮廓特征，采用上述方法来解决此问题具有较大的局限性。针对DXF文本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤一：对被加工零件的所有特征进行提取，针对各个加工特征对其所适用的加工方法进行表示；/n步骤二：对被加工零件建立三维坐标系，进行数控加工起始换刀点、各个被加工特征临界刀触点及所有被加工特征的中心加工点三维坐标的提取；/n步骤三：针对大型复杂舱体结构件加工走刀空行程优化问题，进行以加工走刀总空行程最短的目标函数的建立；/n步骤四：采用改进蚁群算法基于上述步骤三所建立的目标函数进行加工工艺路线的优化；/n步骤五：基于贪心算法结合加工临界刀触点进行加工走刀路径的优化，得到最优的加工走刀路径。/n

【技术特征摘要】
1.一种大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：对被加工零件的所有特征进行提取，针对各个加工特征对其所适用的加工方法进行表示；
步骤二：对被加工零件建立三维坐标系，进行数控加工起始换刀点、各个被加工特征临界刀触点及所有被加工特征的中心加工点三维坐标的提取；
步骤三：针对大型复杂舱体结构件加工走刀空行程优化问题，进行以加工走刀总空行程最短的目标函数的建立；
步骤四：采用改进蚁群算法基于上述步骤三所建立的目标函数进行加工工艺路线的优化；
步骤五：基于贪心算法结合加工临界刀触点进行加工走刀路径的优化，得到最优的加工走刀路径。


2.如权利要求1所述的大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法，其特征在于，所述步骤二中：
对被加工零件建立三维坐标系，进行数控加工起始换刀点、各个被加工特征临界刀触点及所有被加工特征的中心加工点三维坐标的提取，将加工特征分为开放式加工特征和封闭式加工特征；针对开放式加工特征，一个加工特征设置两个临界刀触点，其中心加工点坐标为被加工特征的中心坐标；针对封闭式加工特征，将临界刀触点坐标设置在回转中心位置处。


3.如权利要求1所述的大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法，其特征在于，所述步骤三中：
以刀具走刀空行程最小为目标函数，刀具走刀总空行程为刀具经过相邻加工元特征之间空行程及刀具换刀空行程之和，刀具总空行程采用以下公式进行表示：



上式中L代表刀具走刀总空行程，di，i-1代表相邻两加工元特征之间刀具走刀空行程，d0，1代表起始换刀点到首个加工元特征的刀具走刀空行程，dn，0代表末加工元特征到起始刀触点的刀具走刀空行程，则目标函数为min(L)。


4.如权利要求1所述的大型复杂舱体结构件数控加工走刀路径优化方法，其特征在于，所述步骤四包含以下子步骤：
步骤4.1：针对不同加工元，其加工所采用的刀具可能不同，并且每一个加工元对应一个刀具，同一刀具针对不同加工元特征进行加工，需进行不同加工元对应加工刀具的整理，并进行相应的刀具矩阵的建立，以此来判断加工元转换时的刀具转换情况；刀具矩阵建立方法如下：
刀具矩阵采用T进行表示，其中T矩阵为n*n矩阵，n代表加工元数目；设Tn*n＝t(e，f)，其中e，f代表不同加工元对应的刀具，若t(e，f)＝1则代表两加工元所采用的刀具不同，若t(e，f)＝0则代表两加工元所采用的刀具相同；
由加工特征中心加工点坐标，进行各个加工元加工特征之间距离矩阵的建立，以方便数控加工走刀总空行程的计算；不同加工元加工特征之间距离采用欧式距离来进行表示；从上述建立的刀具矩阵判断，若采用同一刀具连续加工特征I，J，则所述步骤四中不同加工元加工特征距离计算公式为：



各个加工元加工特征与起始换刀点之间距离计算公式为：



若采用不同刀具连续加工特征I，J，则不同加工元加工特征距离计算公式为：



上式中，I、J分别代表不同加工元的被加工特征，(X(I)，Y(I)，Z(I))、(X(J)，Y(J)，Z(J))分别表示I、J所代表的特征的中心加工点三维坐标，(X，Y，Z)表示起始换刀点坐标，d(I，J)，D(I，J)分别表示不同被加工特征之间的欧式距离及不同被加工特征与起始换刀点之间的距离；
步骤4.2：依据先粗后精、先面后孔加工准则进行加工约束矩阵的建立；
所述步骤4.2中加工约束矩阵采用M进行表示，其中M矩阵为n*n矩阵，n代表加工元数目；设Mn*n＝r(i，j)，其中i，j代表不同加工元，若r(i，j)＝1则代表加工元i优先于加工元j，若r(i，j)＝0则代表加...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建华，董亚，张彩霞，刘志峰，丁国智，郭诗瑶，赵鹏睿，
申请(专利权)人：北京工业大学，北京星航机电装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11