一種基于邊界延拓的腹板加工單元自動構(gòu)造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于邊界延拓的腹板加工單元自動構(gòu)造方法，用于飛機結(jié)構(gòu)件腹 板的快速編程，屬于飛機數(shù)字化制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 大型整體結(jié)構(gòu)件中存在大量的腹板面，這些特征精加工編程時需要進行大量的交 互式操作，包括幾何元素的構(gòu)建，操作步參數(shù)的設(shè)置。為此，亟需提高飛機結(jié)構(gòu)件腹板編程 的自動化水平，而腹板加工單元自動構(gòu)造是自動生成腹板加工操作的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種基于邊界延拓的腹板加工單元自動構(gòu)造方法，該方法可用于自動 構(gòu)造腹板特征的加工導(dǎo)動元，并將其作為型腔加工操作的導(dǎo)動元素，生成的刀軌能保證腹 板特征被有效加工，避免腹板加工產(chǎn)生殘留、干涉及過切等問題。
[0004] 本發(fā)明主要思想是通過整體延拓腹板面的邊界，再通過硬邊界進行約束，避免加 工時產(chǎn)生過切，保證軟邊界的每一點均可加工。
[0005] 本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的；
[0006] -種基于邊界延拓的腹板加工單元自動構(gòu)造方法，其主要步驟如下：
[0007] (1)邊界拓展：將腹板面的內(nèi)環(huán)和外環(huán)均向腹板面外側(cè)偏置一個刀具直徑，形成 新的內(nèi)環(huán)與外環(huán)，由這些新環(huán)構(gòu)成新的待加工區(qū)域，實現(xiàn)腹板面的延拓；
[0008] (2)硬邊界約束：利用腹板所在的型腔邊界對延拓后的腹板面，進行約束，防止在 型腔的硬邊界產(chǎn)生過切；
[0009] (3)面域組合：處于同一底面高度，可能存在多個腹板面，經(jīng)過延拓后，兩兩間可 能存在相交，合并這些延拓后的面域，避免重復(fù)加工；
[0010] (4)加工單元構(gòu)造：將加工導(dǎo)動元與切削參數(shù)、進退刀參數(shù)進行組合，形成加工單 J1_1〇
[0011] 所述的步驟（1)邊界拓展的具體步驟如下：
[0012] 已知刀具t，半徑為rt，腹板面域w= (1。，{ln,li2，…，lin})，其中1。為w的外 環(huán)，ln，li2，…，lin均為w的內(nèi)環(huán)。將1。，ln，li2，…，lin按照序列構(gòu)造成多條基線鏈，設(shè)為 Ebl，Eb2，…，Ebn，其中Ebl中線段序列為逆時針存儲，Eb2，…，Ebn中線段序列為順時針存儲，n 為內(nèi)環(huán)個數(shù)；
[0013] (1. 1)外環(huán)1。延拓：以半徑r' =2rt的刀具滾圓，放置于基線鏈Ebl的右側(cè)并按逆 時針滾動，形成距線鏈Edl;
[0014] (1.2)內(nèi)環(huán)ln，li2，…，1&延拓：與外環(huán)延拓相似，以半徑r' =2rt的刀具滾圓， 分別放置于基線鏈Eb2，…，Ebn的右側(cè)并按順時針滾動，生成的距線鏈序列為Ed2,Ed3，…，Edm， m>0,由于可能產(chǎn)生自交與退化，距線鏈序列中距線鏈的個數(shù)m不一定等于基線鏈個數(shù)n;
[0015] (1.3)面域重構(gòu)：以Edl為外環(huán)，已必已砂…^-為內(nèi)環(huán)肩建延拓面域^實現(xiàn)面域 f的重構(gòu)。
[0016] 所述的步驟（2)硬邊界約束符合如下規(guī)則：
[0017] 設(shè)，在給定刀具、輪廓邊界和島嶼邊界前提下，刀具可加工的一系列互不相交的面 域稱為可工面域集，表示為Fa;
[0018] Fa中的每個面域稱為可工面域，表示為匕=(e。， 輪廊邊界，en,ei2,ei3, . . .，ein為島崎邊界，e。和en,ei2,ei3, . . .，ein均對腹板面加工存在約 束作用，可避免腹板面產(chǎn)生過切及干涉；
[0019] 具體約束規(guī)則為：
[0020] (2. 1)設(shè)腹板加工刀具為t，可工面域集為Fa={fal，fa2，…，fam}，m>l，腹板面域為 f，f的拓展面域為fv，如果存在
，則用fai對f連行約束，取f」=fainfv的外 環(huán)作為型腔加工操作的輪廓導(dǎo)動元，內(nèi)環(huán)作為型腔加工操作的島嶼導(dǎo)動元。
[0021] 所述的步驟（3)面域組合符合如下規(guī)則：
[0022] 當(dāng)同一個型腔中存在多個腹板面時，不同腹板面在邊界延拓后形成的導(dǎo)動元可能 存在相交，對存在相交的約束面域進行組合，以構(gòu)成新的導(dǎo)動元；
[0023] 具體面域組合規(guī)則如下：
[0024] (3. 1)設(shè)型腔內(nèi)包含的腹板面序列為、w2, . . .wn，腹板面W」對應(yīng)的約束面域 分別為心，fj，1彡i彡n，1彡j彡n并且i彡j，如果
則取圮=fiUf』，并從 Wpw2, . . .wn中移除Wj，實現(xiàn)腹板面Wi，Wj的合并；
[0025] (3.2)按照規(guī)則（3. 1)合并型腔內(nèi)的腹板面序列Wl，w2，...wn，形成新的腹板面序 列wr，w2,，? ? ?wn，，m<n，則wr，w2,，? ? ?wn，滿足以下條件：
并且i<j，并且加工wr的輪廓導(dǎo)動元Sfi的外環(huán)，島嶼導(dǎo)動元為f 內(nèi)環(huán)。
[0026] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提出的方法適用于實現(xiàn)不同類型的腹板面加工單元的 自動構(gòu)造，主要是實現(xiàn)腹板加工導(dǎo)動元的自動構(gòu)造，包括全硬邊界腹板面、全軟邊界腹板面 及軟硬邊界混合腹板面，為實現(xiàn)腹板快速編程提供關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)，縮短飛機結(jié)構(gòu)件腹板編 程效率。顯著降低工藝員的勞動工作量。應(yīng)用該方法，可以實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)件腹板加工單元 構(gòu)造，為飛機結(jié)構(gòu)件腹板快速編程提供技術(shù)基礎(chǔ)，從而提高腹板編程效率。
【附圖說明】
[0027] 圖1為飛機結(jié)構(gòu)件典型腹板面示意圖。
[0028] 圖2為腹板外環(huán)邊界延拓示意圖。
[0029] 圖3(a)至圖3(c)為基于型腔邊界的硬邊界約束過程示意圖。
[0030] 圖4(a)至圖4(c)約束面域組合后生成的輪廓導(dǎo)動元過程示意圖。
[0031] 圖5為本發(fā)明整體流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 本發(fā)明是建立在CAD/CAM系統(tǒng)平臺上，實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)件腹板加工單元自動構(gòu)造的 一種方法。
[0033] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細的說明。
[0034] 一種基于邊界延拓的腹板加工單元自動構(gòu)造方法，其主要步驟如下：（1)邊界拓 展；（2)硬邊界約束；（3)面域組合；（4)加工單元構(gòu)造。
[0035] 上述步驟的具體實施過程如下：
[0036] (1)邊界拓展：已知刀具t，半徑為rt，腹板面域w= (1。，{ln，li2，…，lin})，其中1。 為w的外環(huán)，ln，li2，…，lin均為w的內(nèi)環(huán)。將1。，ln，li2，…，lin按照序列構(gòu)造成多條基線 鏈，設(shè)為Ebl，Eb2，…，Ebn，其中Ebl中線段序列為逆時針存儲，Eb2，…，Ebn中線段序列為順時針 存儲，n為內(nèi)環(huán)個數(shù)，則邊界延拓步驟如下：
[0037] (1. 1)外環(huán)1。延拓：以半徑r' =2rt的刀具滾圓，放置于基線鏈Ebl的右側(cè)并按逆 時針滾動，形成距線鏈Edl。圖1所示的腹板面外環(huán)，由滾圓法生成的距線鏈如圖2所示。
[0038] (1.2)內(nèi)環(huán)ln，li2，…，1&延拓：與外環(huán)延拓相似，以半徑r' =2rt的刀具滾圓， 分別放置于基線鏈Eb2，…，Ebn的右側(cè)并按順時針滾動，生成的距線鏈序列為Ed2,Ed3，…，Edm， m>0,由于可能產(chǎn)生自交與退化，距線鏈序列中距線鏈的個數(shù)m不一定等于基線鏈個數(shù)n。
[0039] (3)面域重構(gòu)：以Edl為外環(huán)，Ed2,Ed3，…，Edni為內(nèi)環(huán)，構(gòu)建延拓面域fv，實現(xiàn)面域f 的重構(gòu)。
[0040] (2)硬邊界約束
[0041] 在給定刀具、輪廓