一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，涉及数控工艺设计技术领域，其方法包括以加工特征为载体构建加工知识数据模型，有序集成程序编制、后置处理、切削仿真、加工过程监测检测、加工结果检测各环节，确定不同的存储数据类型，并进行各环节数据的存储，从而打通产品加工全流程数据流，实现产品加工全周期知识的有效积累，且通过建立加工知识同零件特征的关联关系，构建数控工艺基础数据模型，基于历史加工效果评价结果，实现加工知识重用，形成面向产品加工全流程的工艺闭环控制，完成数控工艺设计及优化，有效避免历史加工质量问题的重复发生，可显著提升数控工艺设计水平，为智能加工提供高效、稳定的数控工艺方案。艺方案。艺方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法


[0001]本专利技术涉及数控工艺设计
，具体涉及一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法。

技术介绍

[0002]数控加工工艺是连接零件设计模型与最终产品的纽带，直接影响零件的最终加工质量。在航空、航天、船舶等领域，随着飞机、火箭、舰船等产品性能提升，上述产品零件呈现复杂化、高精度化发展趋势，加工难度显著提升，对数控加工工艺提出了更高的要求。在上述领域多品种、小批量生产模式下，无法通过持续迭代优化方式获取高效稳定的工艺方案，且加工过程不可预测，因而对数控工艺设计水平提出了更高的要求。
[0003]现有工艺设计方法主要采用“人机交互、以人为主”的计算机辅助制造模式，严重依赖人工经验、效率低、质量稳定性差，已严重影响零件研制周期，如某飞机大型框类零件工艺准备周期长达45天，人机交互超过20万次，工艺准备时间与数控加工时间之比长达10:1。现有工艺准备模式下工艺知识无法积累和继承，已严重制约数控工艺水平的提升。为提升数控工艺技术水平，迫切需要一种集成工艺解决方案，实现工艺知识的积累和重用。
[0004]现有公开的数控工艺设计方法主要包括切削参数优化、加工轨迹优化、基于知识库的工艺决策等方向，可在一定程度上提高数控工艺设计水平，但并未实现数控工艺设计阶段的工艺闭环控制及面向产品加工全流程的数据贯通，不能有效提升数控工艺设计水平。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，以实现数控工艺设计阶段的工艺闭环控制及面向产品加工全流程的数据贯通，有效提升数控工艺设计水平。
[0006]为解决上述的技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一：以加工特征为载体构建加工知识数据模型，以加工数据流为主线，有序集成程序编制、后置处理、切削仿真、加工过程监测检测、加工结果检测各环节，确定不同的存储数据类型，并进行各环节数据的存储；
[0009]步骤二：从零件上获取待加工特征，并基于特征相似度评价方法，从构建的加工知识数据模型中得到同待加工特征的相似特征集；
[0010]步骤三：针对相似特征集的历史加工效果，基于历史加工效果评价结果，并基于熵权法得到相似特征历史加工效果的综合评价值；
[0011]步骤四：从相似特征集中得到历史加工效果综合评价最优的特征及其对应的工艺方案，以此工艺方案作为待加工特征的工艺方案；
[0012]步骤五：在数控工艺设计阶段，基于软件集成和加工数据集成，将切削仿真结果作
为工艺优化的依据反馈至程序编制阶段，实现工艺设计阶段的闭环控制；
[0013]步骤六：在零件的数控加工阶段，加工过程中获取加工过程状态监测检测数据，加工后获取加工结果检测数据；
[0014]步骤七：将加工过程状态监测检测数据、加工结果检测数据及工艺设计各环节的数据将存储到加工知识数据模型中，作为后续数控工艺优化的依据。
[0015]优选地，在步骤一中，加工特征包括特征类型、特征几何结构、特征几何尺寸、特征加工精度、特征材料属性和特征间位置关系各信息，所述特征类型包括槽、筋、孔和轮廓。
[0016]优选地，在步骤一中，在程序编制的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括毛坯尺寸、装夹方案、加工工序、加工工步、加工机床、加工刀具、加工特征、走刀策略、进退刀方式和切削参数；
[0017]在后置处理的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括加工工序、加工工步和NC程序，所述NC程序包括NC代码、特征编号、加工操作编号、加工过程监测检测指令，所述加工过程监测检测指令包括探头检测触发指令、中间状态监测触发指令；
[0018]在切削仿真的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括切削仿真文件、NC程序和仿真结果，其中仿真结果包含零件加工欠切、过切、碰撞各异常信息、加工仿真时间信息以及加工仿真切削体积变化信息；
[0019]在加工过程监测检测的环节中，加工知识数据模型的数据类型包括NC程序、机床功率监测数据、切削振动监测数据、加工过程中间状态测头检测数据和中间状态超声测厚数据；
[0020]在加工结果检测的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括加工特征、加工结果检测程序、特征形位公差检测数据、特征尺寸检测数据和表面质量检测数据。
[0021]优选地，在步骤二中，特征相似度评价方法为：依据评价指标得到不同特征之间的相似度，进而获取同待加工特征相似度高于期望值的特征集；评价指标包括特征类型、材料、尺寸、结构、加工精度、使用的加工机床及刀具。
[0022]优选地，在步骤三中，历史加工效果评价以加工特征及其对应的加工工艺作为评价对象，包括加工过程状态评价和加工结果评价，加工特征对应的加工工艺包括特征加工走刀策略、切削参数、特征加工顺序以及机床、刀具各加工资源信息。
[0023]优选地，加工过程状态评价是指加工特征采用某种工艺加工时，对加工过程状态好坏的评价，其评价指标包括加工过程刀具振动、机床功率信号变化、中间状态尺寸变动、零件加工过程变形、刀具磨损和加工过程异常情况。
[0024]优选地，加工结果评价是指加工特征采用某种工艺加工后，对加工结果好坏的评价，其评价指标包括加工时间、特征最终加工尺寸精度、表面加工质量、特征变形量和加工成本。
[0025]优选地，在步骤五中，软件集成是指在零件数控工艺设计阶段，以CAM软件为平台，实现程序编制、后置处理及切削仿真的有效集成。
[0026]优选地，在步骤五中，加工数据集成包括工艺数据集成和加工过程数据集成；其中工艺数据集成是指在零件数控工艺设计阶段，以集成软件为平台，以加工知识数据模型为载体，实现特征加工要求、工序工步、加工程序、仿真结果数据在程序编制、后置处理、切削仿真的工艺设计各阶段的传递；加工过程数据集成是指以加工特征为载体，实现加工程序、
加工工序、加工工步各工艺信息、加工过程监测检测数据及加工结果检测数据在加工全流程各阶段的传递，将加工过程监测检测数据反馈至工艺设计阶段。
[0027]优选地，程序编制是指以加工知识和加工过程数据为基础，实现加工程序的新编和优化，包括工艺方案制定、加工顺序规划、切削参数优选和走刀策略决策，且所述程序编制实施标准化编程模式，包括加工程序命名、辅助几何创建、零件模型、毛坯和工装结构树设置，所述程序编制后生成的前置程序中包含加工特征、操作各工艺信息。
[0028]优选地，后置处理是指依据前置程序生成加工机床对应的NC程序，在NC程序中保留加工特征、操作各工艺信息，并基于零件加工要求，在NC程序中添加加工过程监测检测触发指令。
[0029]优选地，切削仿真是指对切削轨迹进行仿真验证，还通过融入加工经验和知识，对刀具刀套使用、切削量设置、工步设置顺序的合理性进行检查，并输出切削仿真结果，反馈至程序编制环节。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：以加工特征为载体构建加工知识数据模型，以加工数据流为主线，有序集成程序编制、后置处理、切削仿真、加工过程监测检测、加工结果检测各环节，确定不同的存储数据类型，并进行各环节数据的存储；步骤二：从零件上获取待加工特征，并基于特征相似度评价方法，从构建的加工知识数据模型中得到同待加工特征的相似特征集；步骤三：针对相似特征集的历史加工效果，基于历史加工效果评价结果，并基于熵权法得到相似特征历史加工效果的综合评价值；步骤四：从相似特征集中得到历史加工效果综合评价最优的特征及其对应的工艺方案，以此工艺方案作为待加工特征的工艺方案；步骤五：在数控工艺设计阶段，基于软件集成和加工数据集成，将切削仿真结果作为工艺优化的依据反馈至程序编制阶段，实现工艺设计阶段的闭环控制；步骤六：在零件的数控加工阶段，加工过程中获取加工过程状态监测检测数据，加工后获取加工结果检测数据；步骤七：将加工过程状态监测检测数据、加工结果检测数据及工艺设计各环节的数据将存储到加工知识数据模型中，作为后续数控工艺优化的依据。2.根据权利要求1所述的一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述加工特征包括特征类型、特征几何结构、特征几何尺寸、特征加工精度、特征材料属性和特征间位置关系各信息，所述特征类型包括槽、筋、孔和轮廓。3.根据权利要求1或2所述的一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，其特征在于，在所述步骤一中，在所述程序编制的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括毛坯尺寸、装夹方案、加工工序、加工工步、加工机床、加工刀具、加工特征、走刀策略、进退刀方式和切削参数；在所述后置处理的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括加工工序、加工工步和NC程序，所述NC程序包括NC代码、特征编号、加工操作编号、加工过程监测检测指令，所述加工过程监测检测指令包括探头检测触发指令、中间状态监测触发指令；在所述切削仿真的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括切削仿真文件、NC程序和仿真结果，其中仿真结果包含零件加工欠切、过切、碰撞各异常信息、加工仿真时间信息以及加工仿真切削体积变化信息；在所述加工过程监测检测的环节中，加工知识数据模型的数据类型包括NC程序、机床功率监测数据、切削振动监测数据、加工过程中间状态测头检测数据和中间状态超声测厚数据；在所述加工结果检测的环节中，加工知识数据模型中的数据类型包括加工特征、加工结果检测程序、特征形位公差检测数据、特征尺寸检测数据和表面质量检测数据。4.根据权利要求1所述的一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，其特征在于，在所述步骤二中，所述特征相似度评价方法为：依据评价指标得到不同特征之间的相似度，进而获取同待加工特征相似度高于期望值的特征集；所述评价指标包括特征类型、材料、尺寸、结构、加工精度、使用的加工机床及刀具。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于加工知识的数控工艺设计及优化方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述历史加工效果评价以加工特征及其对应的加工工艺作为评价对象，包括加工过程状态评价和加工结果评价，所述加工特征对应的加工工艺包括特征加工走...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟文平，隋少春，高鑫，彭雨，王鹏程，李仁政，罗耀辉，唐李，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：