復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征自適應(yīng)環(huán)繞輪廓銑削刀軌確定方法
【專利摘要】一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征自適應(yīng)環(huán)繞輪廓銑削刀軌確定方法，其特征是先建立零件的加工坐標(biāo)系，獲取零件中的群峰特征，并按層對群峰特征進行劃分，獲取每一層的加工區(qū)域；然后通過截面法獲取每一層的驅(qū)動線，通過偏置法得到加工的刀位線，添加需要的進退刀方式，生成完整的加工刀具軌跡。本發(fā)明生成的銑削加工刀軌準(zhǔn)確，能夠減少加工過程中的空走刀行程，提高零件的加工效率，同時能夠提高零件的加工質(zhì)量。
【專利說明】復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征自適應(yīng)環(huán)繞輪廓銑削刀軌確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種零件數(shù)控加工方法，尤其涉及飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征的輪廓銑自適應(yīng)環(huán)繞銑削刀軌計算方法，主要是一種利用數(shù)控機床對飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中的群峰特征環(huán)繞其實體模型外輪廓形狀進行銑削的刀軌計算方法，屬于CAD/CAPP/CAM【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國航空制造技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代飛機的制造中，數(shù)控機床加工飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用越來越廣泛。飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件是飛機機體骨架和氣動外形的重要組成部分。它具有形狀復(fù)雜、尺寸大、加工精度要求高、剛度小、加工技術(shù)難度大等特點，飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工的效率和質(zhì)量將直接影響飛機的質(zhì)量和制造周期。
[0003]鑒于飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的特點，據(jù)統(tǒng)計在90%以上的飛機大型整體框類零件中，槽特征所占的比例大約是98%。由于飛機框類零件的特點，常常在槽特征內(nèi)型面中存在很多復(fù)雜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致部分內(nèi)型加工時工藝要求高，加工難度增大，加工效率低，加工質(zhì)量不能保證，而且在編寫該部分?jǐn)?shù)控加工程序時，編程人員勞動量大。尤其是在比較長的內(nèi)型面上，設(shè)計時一方面為了減輕重量，一方面為了保證零件的強度和剛度要求，在長的內(nèi)型面建模時往往會出現(xiàn)連續(xù)的鋸齒狀結(jié)構(gòu)，這樣在一個內(nèi)型面上的多個連續(xù)的鋸齒狀結(jié)構(gòu)稱為群峰特征。
[0004]對于這種群峰特征，傳統(tǒng)的加工方法是:將群峰特征作為一個整體結(jié)構(gòu)，找到其底部最大的驅(qū)動線，利用一個操作完成群峰特征的加工，頂面和過渡面作為筋部分處理。由于槽內(nèi)型薄壁的原因，傳統(tǒng)的加工方法不僅編程工作量特別大，出現(xiàn)彈刀、拉刀現(xiàn)象，而且會存在大量空走刀行程，特別是群峰特征頂面和底面的過度比較平緩的情況下，實際走刀的空走刀行程更大，造成加工效率低，從而使飛機的制造周期延長。
[0005]本發(fā)明所針對的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征環(huán)繞其輪廓銑削的刀軌計算方法，生成的刀軌是根據(jù)切深環(huán)繞群峰特征外輪廓進行加工，具有以下優(yōu)點:
[0006]I)生成的銑削加工刀軌準(zhǔn)確，能夠進行批量處理，減少工藝人員的編程工作量。
[0007]2)能夠減少加工過程中的空走刀行程，提高零件的加工效率。
[0008]3)能夠減少零件的加工變形，提高零件的加工質(zhì)量。
[0009]群峰特征環(huán)繞其輪廓銑削的刀軌計算方法及生成的刀軌主要適用于飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征。到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)有公開的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征環(huán)繞其輪廓銑削的刀軌計算方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的主要是針對復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的群峰特征在數(shù)控加工過程中存在的加工效率低，加工質(zhì)量不好等問題，發(fā)明一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征自適應(yīng)環(huán)繞輪廓銑削刀軌確定方法，以提高加工效率和加工質(zhì)量。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:[0012]一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征自適應(yīng)環(huán)繞輪廓銑削刀軌確定方法，其特征是它包括以下步驟:
[0013]步驟1:輸入零件實體模型，設(shè)定加工坐標(biāo)系；
[0014]步驟2:獲取群峰特征，并將群峰特征按層進行劃分；
[0015]步驟3:通過群峰特征劃分的層結(jié)構(gòu)，確定加工區(qū)域；
[0016]步驟4:自動生成所需的參照面；
[0017]步驟5:獲取群峰特征加工的驅(qū)動線；
[0018]步驟6:獲取群峰特征加工的每一層刀位線；
[0019]步驟7:使生成的每一層的刀位線封閉；
[0020]步驟8:設(shè)置進刀點和退刀點；
[0021]步驟9:設(shè)置每一層加工操作的進退刀；
[0022]步驟10:將每層的刀位線連接，生成完整的加工刀軌；
[0023]在銑削群峰特征的側(cè)面時，刀具環(huán)繞著群峰特征進行銑削，同時刀具始終位于群峰特征當(dāng)前銑削區(qū)域固定距離的位置，不存在空走刀行程；
[0024]所述的群峰特征是指復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中的連續(xù)鋸齒狀實體模型，它的幾何構(gòu)成主要包括:側(cè)面S，頂面T，底面B，水平分層面L，過渡面F以及限制面R，各幾何構(gòu)成之間具有確定的連接關(guān)系。
[0025]所述的所述獲取群峰特征是采用人工交互和自動識別結(jié)合的方法進行，通過在零件實體模型中點選側(cè)面來確定需要加工的群峰特征，根據(jù)所選側(cè)面和群峰特征幾何元素之間的連接關(guān)系自動識別該群峰特征包含的其他幾何元素。
[0026]所述的群峰特征按層進行劃分是以群峰特征中的頂面、分層面和底面作為層劃分的基礎(chǔ)，獲取各個面與群峰特征相交的環(huán)，從頂面開始查找當(dāng)前面所在環(huán)的距離最近且在同一水平面能夠包含當(dāng)前面所在環(huán)的環(huán)以及其產(chǎn)生的平面，從而得到群峰特征的一個層。
[0027]所述的通過群峰特征劃分的層結(jié)構(gòu)，確定加工區(qū)域是在所得到的層的基礎(chǔ)上，將層的幾何元素之間所包含的區(qū)域定義為該層所對應(yīng)的加工區(qū)域。
[0028]所述的自動生成所需的參照面是指依據(jù)獲取的群峰特征每一層的底面和人工設(shè)置的偏置值，沿底面的法向且向外的方向自動生成所需的參照面。
[0029]所述的獲取群峰特征加工的驅(qū)動線是依據(jù)群峰特征每一層的頂面和參照面的高度差h，結(jié)合加工的切深參數(shù)Ma，采用截面法的到群峰特征每一層的驅(qū)動線。
[0030]所述的獲取群峰特征加工的每一層刀位線是以獲取的驅(qū)動線為基礎(chǔ)，按照加工刀具的直徑和人工設(shè)置的余量值自動將驅(qū)動線沿其所在平面向外偏置得到對應(yīng)的刀位線。
[0031]所述的使生成的每一層的刀位線封閉是以兩條相鄰的刀位線的相鄰端點和加工刀具的半徑為基礎(chǔ)，通過兩點和一個半徑唯一確定以條圓弧，使生成的刀位線封閉。
[0032]本發(fā)明涉及的群峰特征定義如下:群峰特征用于描述復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中經(jīng)常出現(xiàn)一種連續(xù)鋸齒狀實體模型，如圖2所示。群峰特征的幾何構(gòu)成主要包括:側(cè)面S，頂面T，底面B，水平分層面L，過渡面F以及限制面R。側(cè)面S是群峰特征的基礎(chǔ)，與頂面、底面及所有的水平分層面相連并呈凸連接關(guān)系；將群峰特征中所包含的所有水平面按照Z向的高度來劃分，取高度最高點的水平面為頂面T，最小的為底面B，其余水平面則為水平分層面L ;水平面之間除側(cè)面之外的連接面稱為過渡面F，過渡面一般為圓弧面或斜面構(gòu)成；限制面用于限定群峰特征的范圍，如圖2中的面R1和R2，根據(jù)限制面的連接情況可將限制面分為開敞和封閉兩種類型，開敞限制面是指限制面處沒有封閉性約束，此時限制面與過渡面呈凸連接關(guān)系，如圖2中面R2所示，封閉限制面是指限制面處存在封閉性約束，此時限制面與過渡面呈凹連接，如圖2中面R1所示，不同的限制面類型將對應(yīng)著不同的走刀策略。
[0033]群峰特征的表示:
[0034]在群峰特征中，層面記為療，第i層側(cè)面即為群峰特征的公共側(cè)面，記為
Pi = UpsiSiI,第i層頂面，記為巧，第i層過渡面，記為痄=第i層限制面，
記為碹，若無限制面，則記為0 ;層可以表示為這幾個面類型的合集，記為:
= H ^^ 4 ?;從而將群峰特征的幾何拓?fù)浞譃橐幌盗袑觼肀硎?，記?ρ =
U Lt, t = I, 2...。
[0035]本發(fā)明的有益效果是:
[0036]本發(fā)明生成復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征銑削加工刀軌的速度快、準(zhǔn)確性非常高，能夠進行批量處理；能夠減少加工過程中的空走刀行程；能夠增加加工過程的穩(wěn)定性，減少零件的加工變形；提 高零件的加工質(zhì)量和加工效率，同時該方法所特有的環(huán)繞群峰特征外輪廓銑削的特點是很多商業(yè)化CAM軟件無法實現(xiàn)的一種刀軌方式。
[0037]本發(fā)明生成的銑削加工刀軌準(zhǔn)確，能夠減少加工過程中的空走刀行程，提高零件的加工效率，同時能夠提高零件的加工質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1是本發(fā)明的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征環(huán)繞其輪廓銑削的刀軌確定方法流程圖。
[0039]圖2是本發(fā)明的群峰特征示意圖。
[0040]圖3是本發(fā)明的群峰結(jié)構(gòu)環(huán)和加工區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖4是本發(fā)明的群峰特征分層算法流程圖。
[0042]圖5是本發(fā)明的采用截面法在群峰特征每一層側(cè)面生成驅(qū)動線的示意圖。
[0043]圖6是本發(fā)明的每一層刀位線生成和封閉方法示意圖。
[0044]圖7是本發(fā)明的進刀點和退刀點設(shè)置示意圖。
[0045]圖8是本發(fā)明的實例中采用的群峰特征。
[0046]圖9是采用傳統(tǒng)的銑削加工方法和本發(fā)明方法得到的刀軌比較圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0048]如圖1 -9所示。
[0049]一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征環(huán)繞其輪廓進行銑削的刀軌確定方法，整個步驟如圖1所示，它包括以下十個步驟:
[0050]步驟1、零件實體模型的輸入，設(shè)定加工坐標(biāo)系。
[0051]步驟2、獲取群峰特征，并將群峰特征按層進行劃分。
[0052]本實施例的群峰特征如圖8所示，群峰特征的獲取采用人工交互和自動識別結(jié)合的方法:首先在零件實體模型中點選側(cè)面來確定需要加工的群峰特征，根據(jù)所選側(cè)面自動識別該群峰特征包含的其他幾何元素，并判斷限制面類型:提取與該側(cè)面呈凸連接的所有水平面，計算Z向高度，取Z向高度最大的面為頂面T，Z向高度最小的面為底面B，其余面為L ;提取與T、B及L相連的面，除去側(cè)面S，記為過渡面F ;提取各個過渡面的連接面，若該過渡面的連接面中存在除了 S、T、B及L之外的面，則該面為限制面，若該限制面與過渡面呈凹連接，則屬于封閉限制面，若與過渡面呈凸連接則屬于開敞限制面。
[0053]得到群峰特征的幾何信息之后，需要求解包含T、B及L在內(nèi)的每一個水平面所確定的加工區(qū)域，生成各個加工層次間的合理加工順序，從而生成優(yōu)化的刀具軌跡，具體方法如下:1)對于一個水平面已，剔除群峰特征中的封閉限制面及Pi,剩余面列表記作
與FLt的交線列ELt，根據(jù)連接性，將ELt劃分為多個連接段，包括封閉環(huán)和非封閉環(huán)，判斷各個連接段與Pi的連接關(guān)系，若與Pi相交于Pi的邊界，則存入環(huán)列表Pi_EL和環(huán)列表P_EL ；2)對于頂面T和分層面L按高度進行排序；3)從頂面開始，每一個水平面Pi投影至底面B所在平面得到封閉環(huán)F_EL，在環(huán)列表P_EL中查找得到能夠包含且距離當(dāng)前面所投影的環(huán)F_EL最近的環(huán)Pi_EL以及其產(chǎn)生的面Pi ；4)水平面Pi和環(huán)Pi_EL[j]之間所包含的群峰部分即為該層的加工區(qū)域。群峰結(jié)構(gòu)環(huán)和加工區(qū)域結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。
[0054]群峰特征層劃分的方法:①在零件實體模型輸入的基礎(chǔ)上，選擇群峰特征的公共側(cè)面，得到群峰特征；②通過公共側(cè)面，得到與其連接的所有水平面，并將所有水平面按高度進行排序，存入面列FaceList中從面列FaceList中的第i個開始，得到當(dāng)前水平面所在的平面與群峰特征的交線；④得到所有交線組成的環(huán)列；⑤從第一個環(huán)開始，判斷該環(huán)是否包含當(dāng)前水平面的邊，如果包含當(dāng)前水平面的邊，則將該環(huán)存入環(huán)列表LoopList，如果不包含，繼續(xù)判斷，跳到步驟⑤；⑥判斷i是否小于面列FaceList的數(shù)量，如果小于，跳到步驟③；⑦從水平面列表FaceList中第j個開始，得到該水平面的邊界組成的環(huán)Loop[j]循環(huán)查找距離當(dāng)前環(huán)最短,且包含當(dāng)前環(huán)的環(huán)LoopList[k];⑧環(huán)Loop[j]所在平面FaceList[j]和L00pList[k]所在平面所包圍的區(qū)域組成了群峰特征的一個層，存入層列表；⑨判斷j是否小于FaceList的數(shù)量，如果小于，跳到步驟⑦。遍歷完所有的環(huán)，得到群峰特征完整的層的劃分。群峰特征層劃分的算法流程圖如圖4所示。
[0055]步驟3、通過群峰特征劃分的層結(jié)構(gòu)，確定加工區(qū)域。
[0056]群峰特征每一層的幾何元素組成了該層的加工區(qū)域，即該層的底面、頂面、側(cè)面和過渡面組成了群峰特征該層的加工區(qū)域，從而所有的層共同組成了群峰特征完整的加工區(qū)域。
[0057]步驟4、依據(jù)選擇的底面和所設(shè)置的偏置值，沿底面的法向向外的方向自動生成所需的參照面；
[0058]步驟5、獲取群峰特征加工的驅(qū)動線，如圖5所示。
[0059]依據(jù)每一個群峰頂面和參照面的高度差h，結(jié)合加工的切深參數(shù)Ma，得到驅(qū)動面的層數(shù)η。所述驅(qū)動面層數(shù)η的計算方法是:
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜結(jié)構(gòu)件群峰特征自適應(yīng)環(huán)繞輪廓銑削刀軌確定方法，其特征是它包括以下步驟: 步驟1:輸入零件實體模型，設(shè)定加工坐標(biāo)系； 步驟2:獲取群峰特征，并將群峰特征按層進行劃分； 步驟3:通過群峰特征劃分的層結(jié)構(gòu)，確定加工區(qū)域； 步驟4:自動生成所需的參照面； 步驟5:獲取群峰特征加工的驅(qū)動線； 步驟6:獲取群峰特征加工的每一層刀位線； 步驟7:使生成的每一層的刀位線封閉； 步驟8:設(shè)置進刀點和退刀點； 步驟9:設(shè)置每一層加工操作的進退刀； 步驟10:將每層的刀位線連接，生成完整的加工刀軌； 在銑削群峰特征的側(cè)面時，刀具環(huán)繞著群峰特征進行銑削，同時刀具始終位于群峰特征當(dāng)前銑削區(qū)域固定 距離的位置，不存在空走刀行程； 所述的群峰特征是指復(fù)雜結(jié)構(gòu)件中的連續(xù)鋸齒狀實體模型，它的幾何構(gòu)成主要包括:側(cè)面S，頂面T，底面B，水平分層面L，過渡面F以及限制面A，各幾何構(gòu)成之間具有確定的連接關(guān)系。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的所述獲取群峰特征是采用人工交互和自動識別結(jié)合的方法進行，通過在零件實體模型中點選側(cè)面來確定需要加工的群峰特征，根據(jù)所選側(cè)面和群峰特征幾何元素之間的連接關(guān)系自動識別該群峰特征包含的其他幾何元素。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的群峰特征按層進行劃分是以群峰特征中的頂面、分層面和底面作為層劃分的基礎(chǔ)，獲取各個面與群峰特征相交的環(huán)，從頂面開始查找當(dāng)前面所在環(huán)的距離最近且在同一水平面能夠包含當(dāng)前面所在環(huán)的環(huán)以及其產(chǎn)生的平面，從而得到群峰特征的一個層。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的通過群峰特征劃分的層結(jié)構(gòu)，確定加工區(qū)域是在所得到的層的基礎(chǔ)上，將層的幾何元素之間所包含的區(qū)域定義為該層所對應(yīng)的加工區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的自動生成所需的參照面是指依據(jù)獲取的群峰特征每一層的底面和人工設(shè)置的偏置值，沿底面的法向且向外的方向自動生成所需的參照面。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的獲取群峰特征加工的驅(qū)動線是依據(jù)群峰特征每一層的頂面和參照面的高度差h，結(jié)合加工的切深參數(shù)Me，采用截面法的到群峰特征每一層的驅(qū)動線。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的獲取群峰特征加工的每一層刀位線是以獲取的驅(qū)動線為基礎(chǔ)，按照加工刀具的直徑和人工設(shè)置的余量值自動將驅(qū)動線沿其所在平面向外偏置得到對應(yīng)的刀位線。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的使生成的每一層的刀位線封閉是以兩條相鄰的刀位線的相鄰端點和加工刀具的半徑為基礎(chǔ)，通過兩點和一個半徑唯一確定以條圓弧，使生成的刀 位線封閉。
【文檔編號】G05B19/4097GK103984289SQ201410214549
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】李迎光, 劉旭, 王鵬程, 李強 申請人:南京航空航天大學(xué)