本發(fā)明涉及一種精加工方法，尤其是一種精加工的余量優(yōu)化方法，具體地說是一種基于加工特征中間狀態(tài)剛性的非均勻余量實現(xiàn)方法。

背景技術：

飛機結構件的尺寸大，結構復雜，加工精度要求高，薄壁件很多，為使加工變形不會過大，在加工過程中往往要保證整體剛性要求，傳統(tǒng)的均勻余量編程由于沒有考慮加工順序，所有的加工面精加工都分配同樣的余量，但實際上由于加工順序問題，導致不同的加工面其相鄰加工特征的中間加工狀態(tài)不同，因此加工面所對應的壁厚不同，而分配均勻的余量則導致在加工過程中會使某些加工面的余量分配不合理，從而使零件整體剛性降低，最終變形過大，使零件整體加工效率低下。

針對薄壁件均勻余量配置所帶來的變形問題，考慮基于加工特征的中間狀態(tài)以及其剛性的非均勻余量配置通過加工工藝與加工特征得到基于加工特征的加工順序，從而根據(jù)加工順序構建基于加工特征的中間狀態(tài)模型，并根據(jù)每個加工特征中間狀態(tài)，以不同加工面對應的剛性作為衡量，為不同加工面分配不同的精加工余量值，使得在加工過程中余量非均勻分配，并自動生成非均勻余量的加工驅(qū)動幾何，從而使加工過程能夠保證整體剛性要求，提高加工質(zhì)量。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對傳統(tǒng)均勻余量編程方法不能保證整體零件剛性要求，導致加工零件變形過大的問題，發(fā)明一種基于加工特征中間狀態(tài)剛性的非均勻余量配置方法，通過加工特征的加工順序構建中間加工狀態(tài)模型，考慮加工特征中間狀態(tài)與其剛性，為精加工合理分配非均勻余量，使加工過程能夠保證整體剛性要求，提高加工質(zhì)量。

本發(fā)明的技術方案是：

一種基于加工特征中間狀態(tài)剛性的非均勻余量配置方法，其特征是根據(jù)加工特征的加工順序，基于加工特征構建中間狀態(tài)模型，考慮零件的加工特征中間狀態(tài)及其剛性問題，與傳統(tǒng)的均勻余量配置不同，為精加工合理分配非均勻余量，并自動生成加工驅(qū)動幾何，實現(xiàn)基于加工特征中間狀態(tài)剛性的非均勻余量配置，使加工過程能夠保證整體剛性要求，提高加工質(zhì)量。

加工順序是指基于加工特征的加工順序，通過從加工工藝樹中提取的工藝信息中每個加工操作的加工特征標識符對應到零件幾何的加工特征，然后通過加工操作的順序得到加工特征的加工順序。

基于加工特征構建中間狀態(tài)模型的構建方法為：首先從零件最終狀態(tài)模型中提取幾何信息，通過分析零件的結構特征和加工特點，對零件進行加工特征分類，其次從加工工藝樹中提取工藝信息，并按照加工操作中的加工特征標識符與幾何特征所對應，最后根據(jù)特征加工順序?qū)γ恳淮渭庸ぬ卣鞯闹虚g狀態(tài)幾何依序進行構建，不同的加工順序?qū)煌闹虚g加工狀態(tài)。

加工特征中間狀態(tài)幾何表示為粗加工后的模型減掉已加工特征的加工單元：

式中PG表示當前加工特征中間狀態(tài)幾何，RG表示粗加工后的幾何，F(xiàn)G_i為零件的第i個加工特征對應的精加工單元的幾何，k表示當前已加工的特征數(shù)目。

所述的加工特征中間狀態(tài)的剛性，考慮到優(yōu)化的是精加工余量，對于復雜薄壁結構件，由于壁厚較大的剛性較好，壁厚較小的剛性較差，而加工面面積較大的剛性較差，面積較小的剛性較好，因此提出剛性衡量指標ε，以當前加工特征中間狀態(tài)下該加工面對應的壁厚與面積的比值衡量某一加工面的剛性。其中計算加工面所對應壁厚的方法步驟如下：

步驟一：在當前加工特征中間狀態(tài)模型上，計算該加工面的幾何中心P₁，過該點沿法向作直線L₁。

步驟二：記下L₁從P₁開始沿法向反方向第一個相交的面F₁以及L₁與F₁相交的點P₂。

步驟三：計算點P₁與點P₂的直線距離，即為該加工面對應壁厚值。

得到該加工面的壁厚值δ后，計算該加工面面積A，以其比值作為剛性指標，得到指標

所述的為精加工合理分配非均勻余量即以加工面壁厚值為依據(jù)優(yōu)化該面對應精加工余量，余量優(yōu)化計算方法步驟如下：

步驟一：根據(jù)零件整體尺寸與最終幾何模型，設定加工余量取值范圍，即加工余量最大值Z_max＝4.0mm以及最小值Z_min＝0.5mm。

步驟二：對于一個加工特征上的所有面分別計算其壁厚，然后得到每個面對應的剛性指標ε_i，并計算一個加工特征中所有加工面剛性指標的平均值：

式中ε_avg是一個加工特征所有加工面的平均剛性指標，n是一個加工特征所有加工面的個數(shù)。

步驟三：對比每個加工面的剛性指標，比平均剛性指標大的相應減少余量，比平均剛性指標小的相應增加余量：

式中Z_i表示優(yōu)化后的余量值，Z_pi表示優(yōu)化前的余量值，ε_i表示每個面對應的剛性衡量指標值，ε_max表示一個加工特征所有加工面剛性指標的最大值，ε_min表示一個加工特征所有加工面剛性指標的最小值。

步驟四：若優(yōu)化后的余量大于預設定的最大余量值Z_i＞Z_max，則余量值取最大余量值，即Z_i＝Z_max；若優(yōu)化后的余量小于預設定的最小余量值Z_i＞Z_min，則余量值取最小余量值，即Z_i＝Z_min。

所述的自動生成加工驅(qū)動幾何，即每個加工面根據(jù)其剛性衡量指標得到的余量值，將加工驅(qū)動幾何相應偏置，自動生成新的加工驅(qū)動幾何。

對于加工特征中間狀態(tài)的剛性，考慮到優(yōu)化的是精加工余量，對于復雜薄壁結構件，由于壁厚較大的剛性較好，壁厚較小的剛性較差，而加工面面積較大的剛性較差，面積較小的剛性較好，因此提出剛性衡量指標，以當前加工特征中間狀態(tài)下該加工面對應的壁厚與面積的比值衡量某一加工面的剛性。

為精加工合理分配非均勻余量即以加工面所在特征的剛性指標為依據(jù)優(yōu)化該面對應精加工余量，每一次余量的優(yōu)化應在一個加工特征內(nèi)進行，先計算出一個加工特征內(nèi)所有加工面對應剛性指標的平均值，對比一個加工特征內(nèi)每個加工面的剛性衡量指標，比平均剛性指標大的加工面相應減少余量，比平均剛性指標小的加工面相應增加余量，設置余量的可行值范圍，即余量最大值和最小值閾值，若優(yōu)化后的余量大于預設定的最大余量值，則余量值取最大余量值；若優(yōu)化后的余量小于預設定的最小余量值，則余量值取最小余量值。得到每個加工面的余量值后，使用該值為加工驅(qū)動幾何偏置，自動生成新的加工驅(qū)動幾何。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明實現(xiàn)了考慮加工特征中間狀態(tài)剛性的精加工余量的優(yōu)化，使用非均勻余量分配能有效提高零件整體剛性，保證零件的加工質(zhì)量和精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于加工特征中間狀態(tài)剛性的非均勻余量配置方法流程圖。

圖2為本發(fā)明的示例零件示意圖。

圖3為示例零件加工特征的加工順序示意圖。

圖4為示例零件計算壁厚值示意圖。

圖5為示例零件分配非均勻余量的加工特征示意圖。

圖6為示例零件自動生成加工驅(qū)動幾何示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。

以圖2所示的飛機結構件的槽特征作為例，結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。

圖1是本發(fā)明的基于加工特征中間狀態(tài)剛性的非均勻余量編程方法流程圖，它主要由加工特征中間狀態(tài)幾何模型的創(chuàng)建和精加工非均勻余量優(yōu)化配置兩部分組成。具體包括以下步驟：

1、對零件體進行加工特征識別，通過分析零件的結構特征和加工特點，對零件進行加工特征分類。

2、選擇加工工藝樹，從樹上獲取與加工特征相關的加工操作，并根據(jù)加工操作中的加工特征標識符與加工特征進行對應，得到不同加工特征對應的加工操作，并根據(jù)加工操作在加工工藝樹上的順序，得到加工特征的加工順序，如圖3所示。

3、根據(jù)加工特征的加工順序，構建基于加工特征的中間加工狀態(tài)。將當前未加工特征所有加工面加上精加工余量構建當前加工特征對應的中間加工狀態(tài)幾何，依次類推得到每一個加工特征對應的中間加工狀態(tài)幾何。

4、針對每一個加工特征的中間加工狀態(tài)幾何，計算當前加工特征中每一個面的壁厚值。計算方法如下：

步驟一：在當前加工特征中間狀態(tài)模型上，計算該加工面的幾何中心P₁，過該點沿法向作直線L₁。

步驟二：記下L₁從P₁開始沿法向反方向第一個相交的面F₁以及L₁與F₁相交的點P₂。

步驟三：計算點P₁與點P₂的直線距離，即為該加工面對應壁厚值。如圖4所示，通過計算可得P₁P₂的直線距離，即該加工面所對應的壁厚值為4mm。

對于復雜薄壁結構件，由于壁厚較大的剛性較好，壁厚較小的剛性較差，而加工面面積較大的剛性較差，面積較小的剛性較好，因此應結合兩點，考慮加工某一面的剛性以該加工面對應的壁厚與面積的比值為衡量基準。該加工面的面積A為5401.5mm²，通過計算可得該加工面的剛性衡量指標ε＝7.41。

5、對于每個加工特征，為基于加工特征中間狀態(tài)剛性分配非均勻余量，需計算一個加工特征中所有加工面的剛性衡量指標的平均值，對比一個加工特征內(nèi)每個加工面的剛性衡量指標，比平均剛性衡量指標大的加工面相應減少余量，比平均剛性衡量指標小的加工面相應增加余量。設置余量的可行值范圍，即余量最大值和最小值閾值，若優(yōu)化后的余量大于預設定的最大余量值，則余量值取最大余量值；若優(yōu)化后的余量小于預設定的最小余量值，則余量值取最小余量值。余量優(yōu)化計算步驟如下：

步驟一：根據(jù)零件整體尺寸與最終幾何模型，設定加工余量取值范圍，即加工余量最大值Z_max＝2.5mm以及最小值Z_min＝0.3mm。

步驟二：對于一個加工特征上的所有面分別計算其壁厚，然后得到每個面對應的剛性衡量指標ε_i，如圖5所示的槽，通過上一步計算可得當前加工特征中間狀態(tài)下每個面壁厚分別為4mm、3mm+1.2mm(該面未加工，需加上精加工余量)、4mm、3mm，每個面對應的剛性衡量指標為7.41、8.53、7.41、9.95，并計算該加工特征中所有加工面剛性衡量指標的平均值：

步驟三：對比每個加工面的剛性衡量指標，比平均剛性衡量指標大的相應減少余量，比平均剛性衡量指標小的相應增加余量，從工藝樹上得到的當前余量值Z_pi＝1.2mm，因此按照如下公式：

計算該槽特征每個加工面優(yōu)化后的余量值為1.63mm、1.11mm、1.63mm、0.43mm。

6、得到每個加工面分配的非均勻余量值后，使用該值為加工驅(qū)動幾何偏置，自動生成新的加工驅(qū)動幾何，如圖6所示。

本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術相同或可采用現(xiàn)有技術加以實現(xiàn)。