飞机复杂构件快速数控加工准备系统及方法技术方案

飞机复杂构件快速数控加工准备系统及方法，系统以现有ＣＡＤ／ＣＡＭ系统为平台，包括工艺资源与知识库管理模块、快速毛坯生成模块、零件分类与工艺方案分析模块、自动编程模块、快速工装生成模块、应力分析及变形控制模块、前后置处理模块以及工艺数据生成模块八部分，该系统建立在三维数字化零件模型基础上，较系统和准确地体现并支持飞机复杂构件数控加工工艺准备及编程的专业化流程，可大量减少工艺准备及编程过程中所需的人机交互操作，有效解决由于工艺员经验不足导致编制的程序不稳定，加工工艺方案设计不合理等问题，并能有效控制零件加工过程中以及加工后的变形量，能显著提高数控加工准备和编程的效率与质量，提升ＣＡＤ／ＣＡＭ系统的专业化和智能化水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，应用于飞机复杂构件的快速数控加工工艺准备及编程，进而实现飞机复杂构件的高效高质数控加工，属于飞 机结构件数字化智能加工

技术介绍
现代飞机结构中大量采用整体结构件以縮短加工与装配周期以及减轻重量来提 高飞机性能。但是飞机复杂构件具有结构复杂，制造精度要求高，加工难度大等特点，而当 前数控加工工艺准备及数控编程存在很多问题(l)加工经验知识没有进行规则化，统一 化，没有发挥继承性；(2)采用现有CAD/CAM系统，毛坯生成功能简单，无法满足实际加工需 要，并且编程交互量巨大，周期长；(3)加工工艺规划很大程度上取决于工艺员的个人经验 与知识水平，随意性较大，造成程序质量不稳定；(4)结构件在数控加工过程中易变形，影 响零件加工质量和加工精度；(5)工装设计也是凭借个人经验，设计周期长，质量不稳定； (6)后置处理程序无法完成不同数控系统之间的代码转换；(7)尤其是缺乏在数字化三维 模型基础上实现数控加工工艺准备和数控编程的一整套专业化流程，导致工艺方案规划、 数控加工编程、加工变形分析、夹紧构型设计、夹紧方案、毛坯生成等环节相互之间缺乏协 调与关联，进而影响到飞机结构件的加工效率和质量，延长了飞机制造周期。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题，本专利技术提供一种飞机复杂构件快速数控加工准备系统 及方法； 本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的 —种，该系统是建立在现有CAD/CAM 系统平台上，由工艺资源与知识库管理模块、快速毛坯生成模块、零件分类与工艺方案分析 模块、自动编程模块、快速工装生成模块、应力分析及变形控制模块、前后置处理模块以及 工艺数据生成模块八部分组成，其中 所述的现有CAD/CAM系统平台，为"飞机复杂构件快速数控加工准备系统"提供 平台支撑，系统首先在该平台上建立飞机复杂构件三维零件模型，并与系统的八大模块进 行数据交换，辅助实现工装模型的定位、夹紧及生成，辅助生成零件的毛坯模型；然后利用 CAD/CAM系统平台的"变形分析"模块实现结构件加工过程中以及加工完后的变形分析；最 后根据自动编程模块所构建的加工单元应用CAD/CAM系统平台的"数控加工"模块辅助生 成加工操作树并进行刀轨计算和加工仿真； 所述的工艺资源与知识库管理模块，为系统提供基础支撑数据、支撑数据与其他 模块进行数据交换的接口 ，以及支撑数据库的管理，其中支撑数据库包括工艺知识库、机床 参数库、工件材料库、刀具参数及材料库、数控加工切削参数库、工装标准件库、工装典型件 库、工装检验样板模型库、工装设计知识库；另外通过建立其他模块与支撑数据库的数据接口，实现不同模块间的数据传输、调用与管理，完成支撑数据库与整个"飞机复杂构件快速 数控加工准备系统"的连接，将支撑数据库与整个系统关联在一起，实现数据资源的共享与 管理；支撑数据库的管理包括各种支撑数据的查询、删除、插入、修改、保存以及推理，方便 各种支撑数据的查看与更新； 所述的快速毛坯生成模块，根据零件模型、毛坯类型以及其它工艺约束条件自动 确定零件各个部位的加工余量，生成毛坯模型； 所述的零件分类与工艺方案分析模块，首先对现有的飞机复杂构件进行分类并定 义出这些零件中不同的典型特征及结构；然后结合工艺资源与知识库管理模块中的工艺知 识库确定各种零件对应的加工方案，包括确定各种特征、结构的加工方法、装夹方法、刀具 推荐、切削参数推荐以及机床推荐； 所述的自动编程模块，首先根据飞机复杂构件的数字化三维模型进行整体零件的 加工特征识别，获取零件的所有加工特征；其次根据零件模型、零件类型、加工侧个数、毛坯 类型、毛坯模型以及特征识别结果，再结合工艺资源与知识库管理模块中的支撑数据，进行 知识推理生成零件的加工方案，其中加工方案采用多叉树进行表示，与实际的加工工艺过 程相对应，即生成加工方案结构树；然后根据不同加工阶段及加工特征几何参数自动选取各加工阶段不同特征采用的刀具，并根据不同零件的加工工艺知识自动进行知识推理确定 结构件中不同特征的加工顺序；再根据特征识别结果、刀具选取结果以及加工方案结构树，自动在CAD/CAM系统的"数控加工"模块中生成加工操作树，并对每个加工操作自动设置加工几何参数、加工策略参数、刀具参数、切削参数以及加工过渡连接，进而实现加工文件的自动生成；最后进行刀轨计算和加工仿真，并在加工过程中进行切削参数分析，实现切削参数的优化选取； 所述的快速工装生成模块，首先快速确定当前工序需要的夹紧和定位位置，快速 确定零件的装夹方案，其次由应力分析及变形控制模块对这种装夹方案进行变形分析获取 优化的工装方案，再结合人机交互快速确定夹紧与定位器类型，最后从工艺资源与知识库 管理模块的工装典型件库、工装标准件库中调用对应的定位及夹紧装置模型，并进行相应 的定位与安装； 所述的应力分析及变形控制模块，用于优化工装和切削参数，作为系统的辅助模块，在工装装夹完成后，模拟分析加工过程中工件表面应力分布，并分析加工完成后工件表面残余应力分布和工件上各夹紧点位置的材料变形，然后计算出零件在加工后工件的变形量；根据分析和计算结果，调整工装的结构方案和切削参数，以控制工件的变形； 所述的前后置处理模块，用于实现不同数控程序之间的转换，其中前置处理用于将CAD/CAM系统加工文件转换成中间代码APT文件，后置处理用于将APT转换成不同数控系统的加工代码，并且针对不同数控系统的数控程序，实现其相互之间的自由转换； 所述的工艺数据生成模块，提取出零件加工工艺规程中的各项内容，然后添加到工艺报表中，生成加工工艺卡、加工工序卡、数控刀具卡、装夹图及零件设定卡。 飞机复杂构件快速数控加工准备系统实现方法的具体步骤如下 步骤1):进入CAD/CAM系统平台的"数控加工"模块，并进入飞机复杂构件快速数控加工准备系统，载入已有的飞机复杂构件零件模型； 步骤2):进行零件基本信息的设定，具体有(l)零件的类型壁板、框、梁、肋、长桁、接头以及缘条；(2)加工侧个数包括单面、双面以及多面；(3)毛坯类型包括板材、型 材、锻件以及铸件； 步骤3):结合零件模型的工艺特点对零件模型进行质量检测，并对不能满足实际 工艺要求的局部错误结构进行相应的修正，使零件模型满足加工工艺要求，以保证输入到 系统八大模块中的零件模型的正确性； 步骤4):进入快速毛坯生成模块，由步骤2)中设定的零件类型确定该零件的毛坯 类型，首先对零件模型进行毛坯加工余量分析，然后结合毛坯类型和毛坯加工余量，再辅以 适当的人机交互，在零件模型的基础上快速生成毛坯模型，最后由零件模型和毛坯模型组 成加工模型； 步骤5):进入自动编程模块，首先需要根据步骤2)中设定的零件类型与加工侧信息为每个加工侧设定对应的加工坐标系，然后在每个加工坐标系下对零件的所有拓扑面进行面类型识别，并按照面类型识别结果进行组孔操作，包括埋头孔、沉头孔、锥孔、圆柱直孔的识别与构建，对组成的横向孔和斜向孔进行删除操作，以方便后续的特征识别；在当前加工坐标系下，采用基于分层思想的广义槽特征识别方法对零件进行加工特征识别，即创建分层层面与零件实体求交并获取出每层的交线环，然后提取出交线环中边线依赖的面，再由交线环中不同边线之间的连接关系将这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机复杂构件快速数控加工准备系统，该系统是建立在现有ＣＡＤ／ＣＡＭ系统平台上，其特征在于：由工艺资源与知识库管理模块、快速毛坯生成模块、零件分类与工艺方案分析模块、自动编程模块、快速工装生成模块、应力分析及变形控制模块、前后置处理模块以及工艺数据生成模块八部分组成，其中：所述的现有ＣＡＤ／ＣＡＭ系统平台，为“飞机复杂构件快速数控加工准备系统”提供平台支撑，系统首先在该平台上建立飞机复杂构件三维零件模型，并与系统的八大模块进行数据交换，辅助实现工装模型的定位、夹紧及生成，辅刀轨计算和加工仿真，并在加工过程中进行切削参数分析，实现切削参数的优化选取；所述的快速工装生成模块，首先快速确定当前工序需要的夹紧和定位位置，快速确定零件的装夹方案，其次由应力分析及变形控制模块对这种装夹方案进行变形分析获取优化的工装方案，再结合人机交互快速确定夹紧与定位器类型，最后从工艺资源与知识库管理模块的工装典型件库、工装标准件库中调用对应的定位及夹紧装置模型，并进行相应的定位与安装；所述的应力分析及变形控制模块，用于优化工装和切削参数，作为系统的辅助模块，在工装装夹完成后，模拟分析加工过程中工件表面应力分布，并分析加工完成后工件表面残余应力分布和工件上各夹紧点位置的材料变形，然后计算出零件在加工后工件的变形量；根据分析和计算结果，调整工装的结构方案和切削参数，以控制工件的变形；所述的前后置处理模块，用于实现不同数控程序之间的转换，其中前置处理用于ＣＡＤ／ＣＡＭ系统加工文件转换成中间代码ＡＰＴ文件，后置处理用于将ＡＰＴ转换成不同数控系统的加工代码，并且针对不同数控系统的数控程序，实现其相互之间的自由转换；所述的工艺数据生成模块，提取出零件加工工艺规程中的各项内容，然后添加到工艺报表中，生成加工工艺卡、加工工序卡、数控刀具卡、装夹图及零件设定卡。助生成零件的毛坯模型；然后利用ＣＡＤ／ＣＡＭ系统平台的“变形分析”模块实现结构件加工过程中以及加工完后的变形分析；最后根据自动编程模块所构建的加工单元应用ＣＡＤ／ＣＡＭ系统平台的“数控加工”模块辅助生成加工操作树并进行刀轨计算和加工仿真；所述的工艺资源与知识库管理模块，为系统提供基础支撑数据、支撑数据与其他模块进行数据交换的接口，以及支撑数据库的管理，其中支撑数据库包括工艺知识库、机床参数库、工件材料库、刀具参数及材料库、数控加工切削参数库、工装标准件库、工装典型件库、工装检验样板模型库、工装设...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宝瑞，郑国磊，冯子明，周敏，陈树林，任文杰，初宏震，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]