專利名稱：飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)及方法，應(yīng)用于飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)
件的快速數(shù)控加工工藝準(zhǔn)備及編程，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件的高效高質(zhì)數(shù)控加工，屬于飛 機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化智能加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)中大量采用整體結(jié)構(gòu)件以縮短加工與裝配周期以及減輕重量來(lái)提 高飛機(jī)性能。但是飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，加工難度大等特點(diǎn)，而當(dāng) 前數(shù)控加工工藝準(zhǔn)備及數(shù)控編程存在很多問(wèn)題(l)加工經(jīng)驗(yàn)知識(shí)沒(méi)有進(jìn)行規(guī)則化，統(tǒng)一 化，沒(méi)有發(fā)揮繼承性；(2)采用現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)，毛坯生成功能簡(jiǎn)單，無(wú)法滿足實(shí)際加工需 要，并且編程交互量巨大，周期長(zhǎng)；(3)加工工藝規(guī)劃很大程度上取決于工藝員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn) 與知識(shí)水平，隨意性較大，造成程序質(zhì)量不穩(wěn)定；(4)結(jié)構(gòu)件在數(shù)控加工過(guò)程中易變形，影 響零件加工質(zhì)量和加工精度；(5)工裝設(shè)計(jì)也是憑借個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，質(zhì)量不穩(wěn)定； (6)后置處理程序無(wú)法完成不同數(shù)控系統(tǒng)之間的代碼轉(zhuǎn)換；(7)尤其是缺乏在數(shù)字化三維 模型基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工工藝準(zhǔn)備和數(shù)控編程的一整套專業(yè)化流程，導(dǎo)致工藝方案規(guī)劃、 數(shù)控加工編程、加工變形分析、夾緊構(gòu)型設(shè)計(jì)、夾緊方案、毛坯生成等環(huán)節(jié)相互之間缺乏協(xié) 調(diào)與關(guān)聯(lián)，進(jìn)而影響到飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工效率和質(zhì)量，延長(zhǎng)了飛機(jī)制造周期。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng) 及方法； 本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 —種飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)是建立在現(xiàn)有CAD/CAM 系統(tǒng)平臺(tái)上，由工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊、快速毛坯生成模塊、零件分類與工藝方案分析 模塊、自動(dòng)編程模塊、快速工裝生成模塊、應(yīng)力分析及變形控制模塊、前后置處理模塊以及 工藝數(shù)據(jù)生成模塊八部分組成，其中 所述的現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)，為"飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)"提供 平臺(tái)支撐，系統(tǒng)首先在該平臺(tái)上建立飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件三維零件模型，并與系統(tǒng)的八大模塊進(jìn) 行數(shù)據(jù)交換，輔助實(shí)現(xiàn)工裝模型的定位、夾緊及生成，輔助生成零件的毛坯模型；然后利用 CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"變形分析"模塊實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中以及加工完后的變形分析；最 后根據(jù)自動(dòng)編程模塊所構(gòu)建的加工單元應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"數(shù)控加工"模塊輔助生 成加工操作樹(shù)并進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真； 所述的工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)與其他 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口 ，以及支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，其中支撐數(shù)據(jù)庫(kù)包括工藝知識(shí)庫(kù)、機(jī)床 參數(shù)庫(kù)、工件材料庫(kù)、刀具參數(shù)及材料庫(kù)、數(shù)控加工切削參數(shù)庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、工裝典型件 庫(kù)、工裝檢驗(yàn)樣板模型庫(kù)、工裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)；另外通過(guò)建立其他模塊與支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)用與管理，完成支撐數(shù)據(jù)庫(kù)與整個(gè)"飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速 數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)"的連接，將支撐數(shù)據(jù)庫(kù)與整個(gè)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享與 管理；支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的管理包括各種支撐數(shù)據(jù)的查詢、刪除、插入、修改、保存以及推理，方便 各種支撐數(shù)據(jù)的查看與更新； 所述的快速毛坯生成模塊，根據(jù)零件模型、毛坯類型以及其它工藝約束條件自動(dòng) 確定零件各個(gè)部位的加工余量，生成毛坯模型； 所述的零件分類與工藝方案分析模塊，首先對(duì)現(xiàn)有的飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行分類并定 義出這些零件中不同的典型特征及結(jié)構(gòu)；然后結(jié)合工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊中的工藝知 識(shí)庫(kù)確定各種零件對(duì)應(yīng)的加工方案，包括確定各種特征、結(jié)構(gòu)的加工方法、裝夾方法、刀具 推薦、切削參數(shù)推薦以及機(jī)床推薦； 所述的自動(dòng)編程模塊，首先根據(jù)飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件的數(shù)字化三維模型進(jìn)行整體零件的 加工特征識(shí)別，獲取零件的所有加工特征；其次根據(jù)零件模型、零件類型、加工側(cè)個(gè)數(shù)、毛坯 類型、毛坯模型以及特征識(shí)別結(jié)果，再結(jié)合工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊中的支撐數(shù)據(jù)，進(jìn)行 知識(shí)推理生成零件的加工方案，其中加工方案采用多叉樹(shù)進(jìn)行表示，與實(shí)際的加工工藝過(guò) 程相對(duì)應(yīng)，即生成加工方案結(jié)構(gòu)樹(shù)；然后根據(jù)不同加工階段及加工特征幾何參數(shù)自動(dòng)選取
各加工階段不同特征采用的刀具，并根據(jù)不同零件的加工工藝知識(shí)自動(dòng)進(jìn)行知識(shí)推理確定 結(jié)構(gòu)件中不同特征的加工順序；再根據(jù)特征識(shí)別結(jié)果、刀具選取結(jié)果以及加工方案結(jié)構(gòu)樹(shù)，
自動(dòng)在CAD/CAM系統(tǒng)的"數(shù)控加工"模塊中生成加工操作樹(shù)，并對(duì)每個(gè)加工操作自動(dòng)設(shè)置加
工幾何參數(shù)、加工策略參數(shù)、刀具參數(shù)、切削參數(shù)以及加工過(guò)渡連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工文件的
自動(dòng)生成；最后進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真，并在加工過(guò)程中進(jìn)行切削參數(shù)分析，實(shí)現(xiàn)切削參
數(shù)的優(yōu)化選取； 所述的快速工裝生成模塊，首先快速確定當(dāng)前工序需要的夾緊和定位位置，快速 確定零件的裝夾方案，其次由應(yīng)力分析及變形控制模塊對(duì)這種裝夾方案進(jìn)行變形分析獲取 優(yōu)化的工裝方案，再結(jié)合人機(jī)交互快速確定夾緊與定位器類型，最后從工藝資源與知識(shí)庫(kù) 管理模塊的工裝典型件庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中調(diào)用對(duì)應(yīng)的定位及夾緊裝置模型，并進(jìn)行相應(yīng) 的定位與安裝； 所述的應(yīng)力分析及變形控制模塊，用于優(yōu)化工裝和切削參數(shù)，作為系統(tǒng)的輔助模
塊，在工裝裝夾完成后，模擬分析加工過(guò)程中工件表面應(yīng)力分布，并分析加工完成后工件表
面殘余應(yīng)力分布和工件上各夾緊點(diǎn)位置的材料變形，然后計(jì)算出零件在加工后工件的變形
量；根據(jù)分析和計(jì)算結(jié)果，調(diào)整工裝的結(jié)構(gòu)方案和切削參數(shù)，以控制工件的變形； 所述的前后置處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)不同數(shù)控程序之間的轉(zhuǎn)換，其中前置處理用于
將CAD/CAM系統(tǒng)加工文件轉(zhuǎn)換成中間代碼APT文件，后置處理用于將APT轉(zhuǎn)換成不同數(shù)控
系統(tǒng)的加工代碼，并且針對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)其相互之間的自由轉(zhuǎn)換； 所述的工藝數(shù)據(jù)生成模塊，提取出零件加工工藝規(guī)程中的各項(xiàng)內(nèi)容，然后添加到
工藝報(bào)表中，生成加工工藝卡、加工工序卡、數(shù)控刀具卡、裝夾圖及零件設(shè)定卡。 飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法的具體步驟如下 步驟1):進(jìn)入CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"數(shù)控加工"模塊，并進(jìn)入飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)
控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)，載入已有的飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件零件模型； 步驟2):進(jìn)行零件基本信息的設(shè)定，具體有(l)零件的類型壁板、框、梁、肋、長(zhǎng)桁、接頭以及緣條；(2)加工側(cè)個(gè)數(shù)包括單面、雙面以及多面；(3)毛坯類型包括板材、型 材、鍛件以及鑄件； 步驟3):結(jié)合零件模型的工藝特點(diǎn)對(duì)零件模型進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并對(duì)不能滿足實(shí)際 工藝要求的局部錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的修正，使零件模型滿足加工工藝要求，以保證輸入到 系統(tǒng)八大模塊中的零件模型的正確性； 步驟4):進(jìn)入快速毛坯生成模塊，由步驟2)中設(shè)定的零件類型確定該零件的毛坯 類型，首先對(duì)零件模型進(jìn)行毛坯加工余量分析，然后結(jié)合毛坯類型和毛坯加工余量，再輔以 適當(dāng)?shù)娜藱C(jī)交互，在零件模型的基礎(chǔ)上快速生成毛坯模型，最后由零件模型和毛坯模型組 成加工模型； 步驟5):進(jìn)入自動(dòng)編程模塊，首先需要根據(jù)步驟2)中設(shè)定的零件類型與加工側(cè)
信息為每個(gè)加工側(cè)設(shè)定對(duì)應(yīng)的加工坐標(biāo)系，然后在每個(gè)加工坐標(biāo)系下對(duì)零件的所有拓?fù)涿?br> 進(jìn)行面類型識(shí)別，并按照面類型識(shí)別結(jié)果進(jìn)行組孔操作，包括埋頭孔、沉頭孔、錐孔、圓柱直
孔的識(shí)別與構(gòu)建，對(duì)組成的橫向孔和斜向孔進(jìn)行刪除操作，以方便后續(xù)的特征識(shí)別；在當(dāng)前
加工坐標(biāo)系下，采用基于分層思想的廣義槽特征識(shí)別方法對(duì)零件進(jìn)行加工特征識(shí)別，即創(chuàng)
建分層層面與零件實(shí)體求交并獲取出每層的交線環(huán)，然后提取出交線環(huán)中邊線依賴的面，
再由交線環(huán)中不同邊線之間的連接關(guān)系將這些邊線依賴的面進(jìn)行組合，進(jìn)而組成廣義槽特
征，再根據(jù)縱向面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件廣義槽特征結(jié)構(gòu)樹(shù)； 步驟6):經(jīng)過(guò)步驟5)中的特征識(shí)別后，人工交互設(shè)定是否載入現(xiàn)有的相似零件加
工方案，如果選擇"是"則從加工方案庫(kù)中自動(dòng)匹配相似零件的加工方案，以列表形式在系
統(tǒng)界面上表現(xiàn)出來(lái)，再次由人工交互進(jìn)行優(yōu)化選取；否則進(jìn)入零件分類及工藝方案分析模
塊，根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和零件類型進(jìn)行知識(shí)推理，確定當(dāng)前零件的基本加工方案，包括機(jī)床
信息、加工側(cè)信息、總體的加工階段劃分等，再根據(jù)零件特征信息以及加工階段劃分，自動(dòng)
選取刀具，確定各加工階段過(guò)程中加工不同特征所需要的刀具參數(shù)和切削參數(shù)，將基本加
工方案和刀具選取結(jié)果進(jìn)行合并，即生成推薦的零件加工方案；通過(guò)上述兩種方式生成零
件加工方案后，進(jìn)入加工方案交互修改界面，該界面采用多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)表達(dá)零件整個(gè)加工工
藝過(guò)程，該樹(shù)包含零件節(jié)點(diǎn)、機(jī)床節(jié)點(diǎn)、加工側(cè)節(jié)點(diǎn)、工序節(jié)點(diǎn)、工步節(jié)點(diǎn)、程序節(jié)點(diǎn)、刀具節(jié)
點(diǎn)，然后人工對(duì)加工方案進(jìn)行交互修改與檢查，最后確認(rèn)保存；如果為初次加工的零件，其
加工方案自動(dòng)添加到加工方案庫(kù)中，以供下次相似零件的調(diào)用，保證方案的統(tǒng)一性和規(guī)范
性； 步驟7):再次進(jìn)入自動(dòng)編程模塊，首先從步驟6)生成的加工方案中提取出各工序 工步中使用的刀具信息，并用這些刀具匹配步驟5)中提取的加工特征信息，使加工特征與 刀具進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保證加工特征在不同的加工階段有合適的刀具進(jìn)行加工；然后結(jié)合加工方 案，以及特征與刀具的對(duì)應(yīng)信息，構(gòu)建零件的加工單元，主要有〈1>粗加工單元構(gòu)建采用 分層粗加工思想，首先對(duì)加工特征進(jìn)行優(yōu)化分層，然后獲取每個(gè)層面的加工幾何導(dǎo)引線環(huán)， 并進(jìn)行相應(yīng)的修正，另外再結(jié)合底面、頂面、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、加工策略參數(shù)以及加工過(guò) 渡連接，即完成粗加工單元的構(gòu)建；〈2>側(cè)壁精加工單元構(gòu)建參照粗加工單元構(gòu)建方式， 獲取加工特征精加工的加工幾何導(dǎo)引線，再結(jié)合底面、頂面、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、加工策略 參數(shù)以及加工過(guò)渡連接，構(gòu)建精加工單元；最后根據(jù)加工方案樹(shù)，自動(dòng)在CAM系統(tǒng)中生成加 工操作樹(shù)，其中加工操作是一個(gè)具體加工單元信息的集合，包含加工當(dāng)前特征的加工策略參數(shù)、加工參數(shù)、幾何參數(shù)、刀具參數(shù)以及加工宏過(guò)渡連接，再對(duì)加工操作樹(shù)中所有的加工 操作進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真，并對(duì)存在問(wèn)題的刀軌進(jìn)行修正； 步驟8)進(jìn)入快速工裝生成模塊，首先自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前工序需要的夾緊和定位位置，
其次從自動(dòng)編程模塊生成的刀軌信息中提取離散的切削點(diǎn)，并進(jìn)行夾緊力、支撐力與切削
力的計(jì)算；然后進(jìn)入到應(yīng)力分析及變形控制模塊，在該模塊中根據(jù)夾緊位置、定位位置、以
及作用于這些位置上的力，建立零件加工過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析模型，由程序自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)
變分析，如果變形結(jié)果不滿足要求，則繼續(xù)調(diào)整夾緊點(diǎn)和定位點(diǎn)進(jìn)行下一個(gè)方案的分析，直
到獲取到一個(gè)優(yōu)化的工裝方案，然后從工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊的工裝典型件庫(kù)、工裝
標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中調(diào)用對(duì)應(yīng)的定位及夾緊裝置模型，并進(jìn)行相應(yīng)的定位與安裝； 步驟9)工裝三維模型生成完后，需要判斷是否需要修正刀軌，如果是則需要對(duì)刀
軌進(jìn)行修正，防止與工裝模型產(chǎn)生干涉；如果不需要，則進(jìn)入步驟10); 步驟10)進(jìn)入前后置處理模塊，首先由前置處理程序?qū)AM系統(tǒng)的加工文件轉(zhuǎn)換
成APT中間代碼，然后再結(jié)合特定的數(shù)控機(jī)床代碼格式，對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)義分析與解析，經(jīng)過(guò)后
置處理程序生成相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床代碼，保存到文件；將生成的機(jī)床代碼進(jìn)行加工仿真，查看
是否存在過(guò)切或殘留區(qū)域，如果是則再次修改刀軌，直到生成的代碼完全正確； 步驟11)最后進(jìn)入工藝數(shù)據(jù)生成模塊，首先根據(jù)自動(dòng)編程模塊生成的中間件模型
自動(dòng)實(shí)現(xiàn)由中間件三維模型生成工序草圖，其中工序草圖包含中間件投影草圖、加工坐標(biāo)
系、局部細(xì)節(jié)說(shuō)明以及局部尺寸標(biāo)注；然后根據(jù)實(shí)際工藝表單中的內(nèi)容和格式，以及自動(dòng)編
程模塊生成的加工方案，提取出加工方案中的工藝數(shù)據(jù)信息，工藝數(shù)據(jù)信息包括機(jī)床、加工
側(cè)向、工序、工步、程序、刀具以及工裝，并將其內(nèi)容及工序草圖自動(dòng)添加到對(duì)應(yīng)的工藝表單
中，進(jìn)而生成結(jié)構(gòu)件加工工藝規(guī)程中的相關(guān)卡片，包括加工工藝卡、加工工序卡、數(shù)控刀具
卡以及裝夾圖與零件設(shè)定卡。 本發(fā)明的有益效果本發(fā)明是建立在零件的三維數(shù)字化模型基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)和準(zhǔn) 確地體現(xiàn)并支持飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件數(shù)控加工工藝準(zhǔn)備及編程的專業(yè)化流程，應(yīng)用該系統(tǒng)，可直 接在構(gòu)件三維模型上開(kāi)展并實(shí)現(xiàn)從工藝方案規(guī)劃、數(shù)控加工編程、加工變形分析、夾緊構(gòu)型 設(shè)計(jì)、毛坯和半成品件三維建模到夾緊方案、加工過(guò)程優(yōu)化及夾具智能化設(shè)計(jì)等完整的數(shù) 控加工準(zhǔn)備過(guò)程，，能大量減少工藝準(zhǔn)備及編程過(guò)程中所需的人機(jī)交互操作，可有效解決由 于工藝員經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致編制的程序不穩(wěn)定，加工工藝方案設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題，能顯著提高 數(shù)控加工準(zhǔn)備和編程的效率與質(zhì)量，進(jìn)而提升CAD/CAM系統(tǒng)的專業(yè)化和智能化水平，對(duì)加 快當(dāng)前和未來(lái)航空型號(hào)的研制以滿足我國(guó)國(guó)防建設(shè)的迫切需要將發(fā)揮重要的作用。


圖1飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖；
圖2飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，本實(shí)施例是在以本發(fā)明技術(shù)方 案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍 不限于下述實(shí)施實(shí)例。
圖1是飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)是基于現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)的"數(shù)控加工"模i央，集工藝資源與知識(shí)庫(kù)及其相應(yīng)的智能接口 ，用于直接在飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件三維模型上開(kāi)展并實(shí)現(xiàn)從工藝方案規(guī)劃、數(shù)控加工編程、加工變形分析、夾緊構(gòu)型設(shè)計(jì)、毛坯和半成品件三維建模到夾緊方案、加工過(guò)程優(yōu)化及夾具智能化設(shè)計(jì)等完整的數(shù)控加工準(zhǔn)備過(guò)程，其包含八大模塊，具體為工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊①、快速毛坯生成模塊②、零件分類與工藝方案分析模塊③、自動(dòng)編程模塊④、快速工裝生成模塊⑤、應(yīng)力分析及變形控制模塊⑥、前后置處理模塊⑦以及工藝數(shù)據(jù)生成模塊⑧，其中
所述現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)，為"飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)"提供平臺(tái)支撐，系統(tǒng)首先在該平臺(tái)上建立飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件三維零件模型，并與系統(tǒng)的八大模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，輔助實(shí)現(xiàn)工裝模型的定位、夾緊及生成，輔助生成零件的毛坯模型；然后利用CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"變形分析"模塊實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中以及加工完后的變形分析；最后根據(jù)自動(dòng)編程模塊④所構(gòu)建的加工單元應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"數(shù)控加工"模塊輔助生成加工操作樹(shù)并進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真； 所述的工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊①，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口 ，以及支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，其中支撐數(shù)據(jù)庫(kù)包括工藝知識(shí)庫(kù)、機(jī)床參數(shù)庫(kù)、工件材料庫(kù)、刀具參數(shù)及材料庫(kù)、數(shù)控加工切削參數(shù)庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、工裝典型件庫(kù)、工裝檢驗(yàn)樣板模型庫(kù)、工裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)；另外通過(guò)建立其他模塊與支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)用與管理，完成支撐數(shù)據(jù)庫(kù)與整個(gè)"飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)"的連接，將支撐數(shù)據(jù)庫(kù)與整個(gè)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享與管理；支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的管理包括各種支撐數(shù)據(jù)的查詢、刪除、插入、修改、保存以及推理，方便各種支撐數(shù)據(jù)的查看與更新； 所述快速毛坯生成模塊②，即根據(jù)零件模型、毛坯類型以及其它工藝約束條件自
動(dòng)確定零件各個(gè)部位的加工余量，然后生成毛坯模型，該模塊包含三種毛坯的快速生成
〈1>板材、型材毛坯的自動(dòng)生成；〈2>鍛件毛坯快速生成；〈3>鑄件毛坯快速生成； 所述零件分類與工藝方案分析模塊③，首先對(duì)現(xiàn)有的飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行分類并定
義出這些零件中不同的典型特征及結(jié)構(gòu)；然后結(jié)合工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊中的工藝知
識(shí)庫(kù)確定各種零件對(duì)應(yīng)的加工方案，包括確定各種特征、結(jié)構(gòu)的加工方法、裝夾方法、刀具
推薦、切削參數(shù)推薦以及機(jī)床推薦； 所述自動(dòng)編程模塊④，首先根據(jù)飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件的數(shù)字化三維模型進(jìn)行整體零件的加工特征識(shí)別，獲取零件的所有加工特征；其次根據(jù)零件模型、零件類型、加工側(cè)個(gè)數(shù)、毛坯類型、毛坯模型以及特征識(shí)別結(jié)果，再結(jié)合工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊中的支撐數(shù)據(jù)，進(jìn)行知識(shí)推理生成零件的加工方案，其中加工方案采用多叉樹(shù)進(jìn)行表示，與實(shí)際的加工工藝過(guò)程相對(duì)應(yīng)，即生成加工方案結(jié)構(gòu)樹(shù)；然后根據(jù)不同加工階段及加工特征幾何參數(shù)自動(dòng)選取
各加工階段不同特征采用的刀具，并根據(jù)不同零件的加工工藝知識(shí)自動(dòng)進(jìn)行知識(shí)推理確定結(jié)構(gòu)件中不同特征的加工順序；再根據(jù)特征識(shí)別結(jié)果、刀具選取結(jié)果以及加工方案結(jié)構(gòu)樹(shù)，
自動(dòng)在CAD/CAM系統(tǒng)的"數(shù)控加工"模塊中生成加工操作樹(shù)，并對(duì)每個(gè)加工操作自動(dòng)設(shè)置加
工幾何參數(shù)、加工策略參數(shù)、刀具參數(shù)、切削參數(shù)以及加工過(guò)渡連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工文件的
自動(dòng)生成；最后進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真，并在加工過(guò)程中進(jìn)行切削參數(shù)分析，實(shí)現(xiàn)切削參
數(shù)的優(yōu)化選取；
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所述快速工裝生成模塊⑤，首先快速確定當(dāng)前工序需要的夾緊和定位位置，快速確定零件的裝夾方案，其次由應(yīng)力分析及變形控制模塊⑥對(duì)這種裝夾方案進(jìn)行變形分析獲取優(yōu)化的工裝方案，再結(jié)合人機(jī)交互快速確定夾緊與定位的具體裝夾方式，最后從工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊①的工裝典型件庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中調(diào)用對(duì)應(yīng)的定位及夾緊裝置模型，并進(jìn)行相應(yīng)的定位與安裝； 所述應(yīng)力分析及變形控制模塊⑥，用于優(yōu)化工裝和切削參數(shù)，作為系統(tǒng)的輔助模
塊，在工裝裝夾完成后，模擬分析加工過(guò)程中工件表面應(yīng)力分布，并分析加工完成后工件表
面殘余應(yīng)力分布和工件上各夾緊點(diǎn)位置的材料變形，然后計(jì)算出零件在加工后工件的變形
量；根據(jù)分析和計(jì)算結(jié)果，調(diào)整工裝的結(jié)構(gòu)方案和切削參數(shù)，以控制工件的變形； 所述前后置處理模塊⑦，用于實(shí)現(xiàn)不同數(shù)控程序之間的轉(zhuǎn)換，其中前置處理用于
CAD/CAM系統(tǒng)加工文件轉(zhuǎn)換成中間代碼APT文件，后置處理用于將APT轉(zhuǎn)換成不同數(shù)控系統(tǒng)
的加工代碼，并且針對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)其相互之間的自由轉(zhuǎn)換； 所述工藝數(shù)據(jù)生成模塊⑧，提取出零件加工工藝規(guī)程中的各項(xiàng)內(nèi)容，然后添加到
工藝報(bào)表中，生成加工工藝卡、加工工序卡、數(shù)控刀具卡、裝夾圖及零件設(shè)定卡； 圖2是飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的總流程，各個(gè)模塊之間并不是
嚴(yán)格意義上的串行過(guò)程，而是一個(gè)相互交錯(cuò)的互為依賴的過(guò)程，其具體實(shí)現(xiàn)的步驟為 步驟1):進(jìn)入CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"數(shù)控加工"模塊，并進(jìn)入到飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速
數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)(Sl)，然后載入飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件零件模型(S2); 步驟2):交互設(shè)定零件的類型(S3)，飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件包括以下類型壁板、框、梁、肋、長(zhǎng)桁、接頭以及緣條； 步驟3):首先編程員結(jié)合零件模型的工藝特點(diǎn)對(duì)零件模型進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)(S4)，并對(duì)不能滿足實(shí)際工藝要求的局部錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的模型修正(S5)，使零件模型滿足加工工藝要求，以保證輸入到系統(tǒng)八大模塊中的零件模型的正確性；然后進(jìn)行零件信息的設(shè)定(S6)，包括(1)加工側(cè)個(gè)數(shù)包括單面，雙面以及多面；(2)毛坯類型包括板材、型材、鍛件以及鑄件； 步驟4):進(jìn)入快速毛坯生成模塊②，首先由步驟2)中設(shè)定的零件類型確定該零件的毛坯類型，其次進(jìn)行毛坯信息的設(shè)定(S7)，然后對(duì)零件模型進(jìn)行毛坯余量分析，最后結(jié)合毛坯類型和毛坯余量，再輔以適當(dāng)?shù)娜藱C(jī)交互，在零件模型的基礎(chǔ)上快速生成毛坯模型(S8)，最后再經(jīng)過(guò)局部修正確認(rèn)生成最終的毛坯模型(S9)，并載入生成的毛坯模型(SIO)，由零件模型和毛坯模型組成加工模型，另外再設(shè)置默認(rèn)的機(jī)床資源(S11);
步驟5):進(jìn)入自動(dòng)編程模塊④，首先需要根據(jù)步驟2)中設(shè)定的零件類型與加工側(cè)向信息為每個(gè)加工側(cè)設(shè)定對(duì)應(yīng)的加工坐標(biāo)系(S12)，然后在每個(gè)加工坐標(biāo)系下對(duì)零件的所有拓?fù)涿孢M(jìn)行面類型識(shí)別(S13)，并按照面類型識(shí)別結(jié)果進(jìn)行組孔操作，包括埋頭孔、沉頭孔、錐孔、圓柱直孔的識(shí)別與構(gòu)建，對(duì)組成的橫向孔和斜向孔進(jìn)行刪除操作(S14)，以方便后續(xù)的特征識(shí)別；在當(dāng)前加工坐標(biāo)系下，采用基于分層思想的廣義槽特征識(shí)別方法對(duì)零件進(jìn)行加工特征識(shí)別，即創(chuàng)建分層層面與零件實(shí)體求交并獲取出每層的交線環(huán)(S15)，然后提取出交線環(huán)中邊線依賴的面(S16)，再由交線環(huán)中不同邊線之間的連接關(guān)系將這些邊線依賴的面進(jìn)行知識(shí)推理與規(guī)則匹配(S17)，進(jìn)而組成廣義槽特征(S18)，再根據(jù)縱向面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件廣義槽特征結(jié)構(gòu)樹(shù)；
步驟6):經(jīng)過(guò)步驟5)中的特征識(shí)別后，人工交互設(shè)定是否載入現(xiàn)有的相似零件加工方案(S19)，如果選擇"是"則從加工方案庫(kù)中自動(dòng)匹配相似零件的加工方案，以列表形式在系統(tǒng)界面上表現(xiàn)出來(lái)，再次由人工交互進(jìn)行優(yōu)化選取，然后直接載入相似加工方案(S241);否則進(jìn)入零件分類及工藝方案分析模塊③，根據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和零件類型進(jìn)行知識(shí)推理，確定當(dāng)前零件的基本加工方案(S20)，包括機(jī)床信息、加工側(cè)信息、總體的加工階段劃分，再根據(jù)零件特征信息以及加工階段劃分，自動(dòng)選取刀具(S21)，確定各加工階段過(guò)程中加工不同特征所需要的刀具參數(shù)和切削參數(shù)(S22)，將基本加工方案和刀具選取結(jié)果進(jìn)行合并(S23)，即生成推薦的零件加工方案(S242);通過(guò)上述兩種方式生成零件加工方案后，彈出加工方案交互編輯界面，該界面采用多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)表達(dá)零件整個(gè)加工工藝過(guò)程，包含零件節(jié)點(diǎn)、機(jī)床節(jié)點(diǎn)、加工側(cè)節(jié)點(diǎn)、工序節(jié)點(diǎn)、工步節(jié)點(diǎn)、程序節(jié)點(diǎn)以及刀具節(jié)點(diǎn)，人工可以對(duì)這種方案進(jìn)行交互修改與檢查(S25)，最后確認(rèn)保存及輸出(S26);如果為初次加工的零件，其加工方案自動(dòng)添加到加工方案庫(kù)中，以供下次相似零件的調(diào)用，保證方案的統(tǒng)一性和規(guī)范性； 步驟7):再次進(jìn)入自動(dòng)編程模塊④，首先從步驟6)生成的加工方案中提取出各工序工步中使用的刀具信息，并用這些刀具匹配步驟5)中提取的加工特征信息，使加工特征與刀具進(jìn)行關(guān)聯(lián)(S27)，保證特征在不同的加工階段有合適的刀具進(jìn)行加工；然后結(jié)合加工方案，以及特征與刀具的對(duì)應(yīng)信息，構(gòu)建結(jié)構(gòu)件加工的加工單元(S28)，其主要包括〈1>粗加工單元構(gòu)建采用分層粗加工思想，首先對(duì)加工特征進(jìn)行優(yōu)化分層，然后獲取每個(gè)層面
的加工幾何導(dǎo)引線環(huán)(S29)，并進(jìn)行相應(yīng)的修正(S30)，另外再結(jié)合底面、頂面、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、加工策略參數(shù)以及加工過(guò)渡連接，即完成粗加工單元的構(gòu)建；〈2>側(cè)壁精加工單元構(gòu)建參照粗加工單元構(gòu)建方式，獲取加工特征精加工的加工幾何導(dǎo)引線(S29)，并進(jìn)行相應(yīng)的修正(S30)，再結(jié)合底面、頂面、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、加工策略參數(shù)以及加工過(guò)渡連接，構(gòu)建精加工單元；最后根據(jù)加工方案樹(shù)，自動(dòng)在CAM系統(tǒng)中生成加工操作樹(shù)(S31)，其中加工操作是一個(gè)具體加工單元信息的集合，包含加工當(dāng)前特征的幾何參數(shù)(S32)、加工策略參數(shù)(S33)、加工參數(shù)(S33)、刀具參數(shù)(S33)以及加工宏過(guò)渡連接(S33)，再對(duì)加工操作樹(shù)中所有的加工操作進(jìn)行刀軌計(jì)算(S34)和加工仿真(S35)，并對(duì)存在問(wèn)題的刀軌進(jìn)行修正(S35); 步驟8)進(jìn)入快速工裝生成模塊⑤，首先系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前工序需要的夾緊和定位位置(S37)，并從自動(dòng)編程模塊④生成的刀軌信息中提取離散的切削點(diǎn)，以及進(jìn)行夾緊力、支撐力與切削力的計(jì)算(S38);然后進(jìn)入到應(yīng)力分析及變形控制模塊，在該模塊中根據(jù)夾緊位置、定位位置、以及作用于這些位置上的力，建立零件加工過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析模型(S39)，由程序自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析(S40)，提取變形結(jié)果(S41)，并判斷變形是否符合要求(S42)，如果變形結(jié)果不滿足要求，則繼續(xù)調(diào)整夾緊和定位位置(S37)進(jìn)行下一個(gè)方案的分析，直到獲取到一個(gè)優(yōu)化的工裝方案(S43)，否則直接獲取當(dāng)前工裝方案為優(yōu)化方案(S43)，然后輸出二維的工裝方案(S44)，并交互設(shè)定定位夾緊器類型(S45)，再?gòu)墓に囐Y源與知識(shí)庫(kù)管理模塊的工裝典型件庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中調(diào)用對(duì)應(yīng)的定位及夾緊裝置模型(S46)，并進(jìn)行相應(yīng)的定位和安裝(S47)，最后生成工裝三維模型(S48);
步驟9)工裝三維模型生成完后，需要判斷是否需要修正刀軌，即重新生成加工操作(S49)，如果是則重新進(jìn)入到步驟7)的(S31)，此時(shí)需要在加工操作中設(shè)定工裝信息，防止產(chǎn)生干涉；否則直接進(jìn)行刀軌分析并修正刀軌(S50); 步驟10)前后置處理模塊⑦，首先由前置處理程序(S51)將CAM系統(tǒng)中的加工文件轉(zhuǎn)換成APT中間代碼(S52)，然后再結(jié)合特定的數(shù)控機(jī)床代碼格式，對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)義分析與解析，經(jīng)過(guò)后置處理程序(S53)生成相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床代碼(S54)，保存到文件；最后將生成的機(jī)床代碼進(jìn)行加工仿真(S55)，查看是否存在過(guò)切或殘留區(qū)域(S56)，如果是則再次修改刀軌，直到生成的代碼完全正確，否則直接進(jìn)行代碼的輸出(S57); 步驟11)最后進(jìn)入工藝數(shù)據(jù)生成模塊⑧，首先根據(jù)自動(dòng)編程模塊④生成的中間件模型自動(dòng)實(shí)現(xiàn)由中間件三維模型生成工序草圖，其中工序草圖包含中間件投影草圖、加工坐標(biāo)系、局部細(xì)節(jié)說(shuō)明以及局部尺寸標(biāo)注；然后根據(jù)實(shí)際工藝表單中的內(nèi)容和格式，以及自動(dòng)編程模塊④生成的加工方案，提取出加工方案中的工藝數(shù)據(jù)信息，工藝數(shù)據(jù)信息包括機(jī)床、加工側(cè)向、工序、工步、程序、刀具以及工裝，并將其內(nèi)容及工序草圖自動(dòng)添加到對(duì)應(yīng)的工藝表單中，進(jìn)而生成結(jié)構(gòu)件加工工藝規(guī)程中的相關(guān)卡片，包括加工工藝卡(S58)、加工工序卡(S59)、數(shù)控刀具卡(S60)、裝夾圖以及零件設(shè)定卡(S61)。
1權(quán)利要求
一種飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)，該系統(tǒng)是建立在現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)上，其特征在于由工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊、快速毛坯生成模塊、零件分類與工藝方案分析模塊、自動(dòng)編程模塊、快速工裝生成模塊、應(yīng)力分析及變形控制模塊、前后置處理模塊以及工藝數(shù)據(jù)生成模塊八部分組成，其中所述的現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)，為“飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)”提供平臺(tái)支撐，系統(tǒng)首先在該平臺(tái)上建立飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件三維零件模型，并與系統(tǒng)的八大模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，輔助實(shí)現(xiàn)工裝模型的定位、夾緊及生成，輔助生成零件的毛坯模型；然后利用CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的“變形分析”模塊實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中以及加工完后的變形分析；最后根據(jù)自動(dòng)編程模塊所構(gòu)建的加工單元應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的“數(shù)控加工”模塊輔助生成加工操作樹(shù)并進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真；所述的工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊，為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的接口，以及支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的管理，其中支撐數(shù)據(jù)庫(kù)包括工藝知識(shí)庫(kù)、機(jī)床參數(shù)庫(kù)、工件材料庫(kù)、刀具參數(shù)及材料庫(kù)、數(shù)控加工切削參數(shù)庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、工裝典型件庫(kù)、工裝檢驗(yàn)樣板模型庫(kù)、工裝設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)；另外通過(guò)建立其他模塊與支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)不同模塊間的數(shù)據(jù)傳輸、調(diào)用與管理，完成支撐數(shù)據(jù)庫(kù)與整個(gè)“飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)”的連接，將支撐數(shù)據(jù)庫(kù)與整個(gè)系統(tǒng)關(guān)聯(lián)在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的共享與管理；支撐數(shù)據(jù)庫(kù)的管理包括各種支撐數(shù)據(jù)的查詢、刪除、插入、修改、保存以及推理，方便各種支撐數(shù)據(jù)的查看與更新；所述的快速毛坯生成模塊，根據(jù)零件模型、毛坯類型以及其它工藝約束條件自動(dòng)確定零件各個(gè)部位的加工余量，生成毛坯模型；所述的零件分類與工藝方案分析模塊，首先對(duì)現(xiàn)有的飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件進(jìn)行分類并定義出這些零件中不同的典型特征及結(jié)構(gòu)；然后結(jié)合工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊中的工藝知識(shí)庫(kù)確定各種零件對(duì)應(yīng)的加工方案，包括確定各種特征、結(jié)構(gòu)的加工方法、裝夾方法、刀具推薦、切削參數(shù)推薦以及機(jī)床推薦；所述的自動(dòng)編程模塊，首先根據(jù)飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件的數(shù)字化三維模型進(jìn)行整體零件的加工特征識(shí)別，獲取零件的所有加工特征；其次根據(jù)零件模型、零件類型、加工側(cè)個(gè)數(shù)、毛坯類型、毛坯模型以及特征識(shí)別結(jié)果，再結(jié)合工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊中的支撐數(shù)據(jù)，進(jìn)行知識(shí)推理生成零件的加工方案，其中加工方案采用多叉樹(shù)進(jìn)行表示，與實(shí)際的加工工藝過(guò)程相對(duì)應(yīng)，即生成加工方案結(jié)構(gòu)樹(shù)；然后根據(jù)不同加工階段及加工特征幾何參數(shù)自動(dòng)選取各加工階段不同特征采用的刀具，并根據(jù)不同零件的加工工藝知識(shí)自動(dòng)進(jìn)行知識(shí)推理確定結(jié)構(gòu)件中不同特征的加工順序；再根據(jù)特征識(shí)別結(jié)果、刀具選取結(jié)果以及加工方案結(jié)構(gòu)樹(shù)，自動(dòng)在CAD/CAM系統(tǒng)的“數(shù)控加工”模塊中生成加工操作樹(shù)，并對(duì)每個(gè)加工操作自動(dòng)設(shè)置加工幾何參數(shù)、加工策略參數(shù)、刀具參數(shù)、切削參數(shù)以及加工過(guò)渡連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工文件的自動(dòng)生成；最后進(jìn)行刀軌計(jì)算和加工仿真，并在加工過(guò)程中進(jìn)行切削參數(shù)分析，實(shí)現(xiàn)切削參數(shù)的優(yōu)化選?。凰龅目焖俟ぱb生成模塊，首先快速確定當(dāng)前工序需要的夾緊和定位位置，快速確定零件的裝夾方案，其次由應(yīng)力分析及變形控制模塊對(duì)這種裝夾方案進(jìn)行變形分析獲取優(yōu)化的工裝方案，再結(jié)合人機(jī)交互快速確定夾緊與定位器類型，最后從工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊的工裝典型件庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中調(diào)用對(duì)應(yīng)的定位及夾緊裝置模型，并進(jìn)行相應(yīng)的定位與安裝；所述的應(yīng)力分析及變形控制模塊，用于優(yōu)化工裝和切削參數(shù)，作為系統(tǒng)的輔助模塊，在工裝裝夾完成后，模擬分析加工過(guò)程中工件表面應(yīng)力分布，并分析加工完成后工件表面殘余應(yīng)力分布和工件上各夾緊點(diǎn)位置的材料變形，然后計(jì)算出零件在加工后工件的變形量；根據(jù)分析和計(jì)算結(jié)果，調(diào)整工裝的結(jié)構(gòu)方案和切削參數(shù)，以控制工件的變形；所述的前后置處理模塊，用于實(shí)現(xiàn)不同數(shù)控程序之間的轉(zhuǎn)換，其中前置處理用于CAD/CAM系統(tǒng)加工文件轉(zhuǎn)換成中間代碼APT文件，后置處理用于將APT轉(zhuǎn)換成不同數(shù)控系統(tǒng)的加工代碼，并且針對(duì)不同數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控程序，實(shí)現(xiàn)其相互之間的自由轉(zhuǎn)換；所述的工藝數(shù)據(jù)生成模塊，提取出零件加工工藝規(guī)程中的各項(xiàng)內(nèi)容，然后添加到工藝報(bào)表中，生成加工工藝卡、加工工序卡、數(shù)控刀具卡、裝夾圖及零件設(shè)定卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法，其特征在 于具體步驟如下步驟1):進(jìn)入CAD/CAM系統(tǒng)平臺(tái)的"數(shù)控加工"模i央，并進(jìn)入飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加 工準(zhǔn)備系統(tǒng)，載入已有的飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件零件模型；步驟2):進(jìn)行零件基本信息的設(shè)定，具體有(l)零件的類型包括壁板、框、梁、肋、長(zhǎng) 桁、接頭以及緣條；(2)加工側(cè)個(gè)數(shù)包括單面、雙面以及多面；(3)毛坯類型包括板材、型 材、鍛件以及鑄件；步驟3):結(jié)合零件模型的工藝特點(diǎn)對(duì)零件模型進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并對(duì)不能滿足實(shí)際工藝 要求的局部錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的修正，使零件模型滿足加工工藝要求，以保證輸入到系統(tǒng) 八大模塊中的零件模型的正確性；步驟4):進(jìn)入快速毛坯生成模塊，由步驟2)中設(shè)定的零件類型確定該零件的毛坯類 型，首先對(duì)零件模型進(jìn)行毛坯加工余量分析，然后結(jié)合毛坯類型和毛坯加工余量，再輔以適 當(dāng)?shù)娜藱C(jī)交互，在零件模型的基礎(chǔ)上快速生成毛坯模型，最后由零件模型和毛坯模型組成 加工模型；步驟5):進(jìn)入自動(dòng)編程模塊，首先需要根據(jù)步驟2)中設(shè)定的零件類型與加工側(cè)信息為 每個(gè)加工側(cè)設(shè)定對(duì)應(yīng)的加工坐標(biāo)系，然后在每個(gè)加工坐標(biāo)系下對(duì)零件的所有拓?fù)涿孢M(jìn)行面 類型識(shí)別，并按照面類型識(shí)別結(jié)果進(jìn)行組孔操作，包括埋頭孔、沉頭孔、錐孔、圓柱直孔的識(shí) 別與構(gòu)建，對(duì)組成的橫向孔和斜向孔進(jìn)行刪除操作，以方便后續(xù)的特征識(shí)別；在當(dāng)前加工坐 標(biāo)系下，采用基于分層思想的廣義槽特征識(shí)別方法對(duì)零件進(jìn)行加工特征識(shí)別，即創(chuàng)建分層 層面與零件實(shí)體求交并獲取出每層的交線環(huán)，然后提取出交線環(huán)中邊線依賴的面，再由交 線環(huán)中不同邊線之間的連接關(guān)系將這些邊線依賴的面進(jìn)行組合，進(jìn)而組成廣義槽特征，再 根據(jù)縱向面之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系構(gòu)建出飛機(jī)結(jié)構(gòu)件廣義槽特征結(jié)構(gòu)樹(shù)；步驟6):經(jīng)過(guò)步驟5)中的特征識(shí)別后，人工交互設(shè)定是否載入現(xiàn)有的相似零件加工方 案，如果選擇"是"則從加工方案庫(kù)中自動(dòng)匹配相似零件的加工方案，以列表形式在系統(tǒng)界 面上表現(xiàn)出來(lái)，再次由人工交互進(jìn)行優(yōu)化選??；否則進(jìn)入零件分類及工藝方案分析模塊，根 據(jù)工藝經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和零件類型進(jìn)行知識(shí)推理，確定當(dāng)前零件的基本加工方案，包括機(jī)床信息、 加工側(cè)信息、總體的加工階段劃分等，再根據(jù)零件特征信息以及加工階段劃分，自動(dòng)選取刀 具，確定各加工階段過(guò)程中加工不同特征所需要的刀具參數(shù)和切削參數(shù)，將基本加工方案 和刀具選取結(jié)果進(jìn)行合并，即生成推薦的零件加工方案；通過(guò)上述兩種方式生成零件加工方案后，進(jìn)入加工方案交互修改界面，該界面采用多叉樹(shù)結(jié)構(gòu)表達(dá)零件整個(gè)加工工藝過(guò)程， 該樹(shù)包含零件節(jié)點(diǎn)、機(jī)床節(jié)點(diǎn)、加工側(cè)節(jié)點(diǎn)、工序節(jié)點(diǎn)、工步節(jié)點(diǎn)、程序節(jié)點(diǎn)、刀具節(jié)點(diǎn)，然后 人工對(duì)加工方案進(jìn)行交互修改與檢查，最后確認(rèn)保存；如果為初次加工的零件，其加工方案 自動(dòng)添加到加工方案庫(kù)中，以供下次相似零件的調(diào)用，保證方案的統(tǒng)一性和規(guī)范性；步驟7):再次進(jìn)入自動(dòng)編程模塊，首先從步驟6)生成的加工方案中提取出各工序工步 中使用的刀具信息，并用這些刀具匹配步驟5)中提取的加工特征信息，使加工特征與刀具 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，保證加工特征在不同的加工階段有合適的刀具進(jìn)行加工；然后結(jié)合加工方案，以 及特征與刀具的對(duì)應(yīng)信息，構(gòu)建零件的加工單元，主要有〈1〉粗加工單元構(gòu)建采用分層 粗加工思想，首先對(duì)加工特征進(jìn)行優(yōu)化分層，然后獲取每個(gè)層面的加工幾何導(dǎo)引線環(huán)，并進(jìn) 行相應(yīng)的修正，另外再結(jié)合底面、頂面、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、加工策略參數(shù)以及加工過(guò)渡連 接，即完成粗加工單元的構(gòu)建；〈2>側(cè)壁精加工單元構(gòu)建參照粗加工單元構(gòu)建方式，獲取 加工特征精加工的加工幾何導(dǎo)引線，再結(jié)合底面、頂面、刀具參數(shù)、切削參數(shù)、加工策略參數(shù) 以及加工過(guò)渡連接，構(gòu)建精加工單元；最后根據(jù)加工方案樹(shù)，自動(dòng)在CAM系統(tǒng)中生成加工操 作樹(shù)，其中加工操作是一個(gè)具體加工單元信息的集合，包含加工當(dāng)前特征的加工策略參數(shù)、 加工參數(shù)、幾何參數(shù)、刀具參數(shù)以及加工宏過(guò)渡連接，再對(duì)加工操作樹(shù)中所有的加工操作進(jìn) 行刀軌計(jì)算和加工仿真，并對(duì)存在問(wèn)題的刀軌進(jìn)行修正；步驟8)進(jìn)入快速工裝生成模塊，首先自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前工序需要的夾緊和定位位置，其次 從自動(dòng)編程模塊生成的刀軌信息中提取離散的切削點(diǎn)，并進(jìn)行夾緊力、支撐力與切削力的 計(jì)算；然后進(jìn)入到應(yīng)力分析及變形控制模塊，在該模塊中根據(jù)夾緊位置、定位位置、以及作 用于這些位置上的力，建立零件加工過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變分析模型，由程序自動(dòng)進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分 析，如果變形結(jié)果不滿足要求，則繼續(xù)調(diào)整夾緊點(diǎn)和定位點(diǎn)進(jìn)行下一個(gè)方案的分析，直到獲 取到一個(gè)優(yōu)化的工裝方案，然后從工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊的工裝典型件庫(kù)、工裝標(biāo)準(zhǔn) 件庫(kù)中調(diào)用對(duì)應(yīng)的定位及夾緊裝置模型，并進(jìn)行相應(yīng)的定位與安裝；步驟9)工裝三維模型生成完后，需要判斷是否需要修正刀軌，如果是則需要對(duì)刀軌進(jìn) 行修正，防止與工裝模型產(chǎn)生干涉；如果不需要，則進(jìn)入步驟10);步驟IO)進(jìn)入前后置處理模塊，首先由前置處理程序?qū)AM系統(tǒng)的加工文件轉(zhuǎn)換成APT 中間代碼，然后再結(jié)合特定的數(shù)控機(jī)床代碼格式，對(duì)其進(jìn)行語(yǔ)義分析與解析，經(jīng)過(guò)后置處理 程序生成相應(yīng)的數(shù)控機(jī)床代碼，保存到文件；將生成的機(jī)床代碼進(jìn)行加工仿真，查看是否存 在過(guò)切或殘留區(qū)域，如果是則再次修改刀軌，直到生成的代碼完全正確；步驟ll)最后進(jìn)入工藝數(shù)據(jù)生成模塊，首先根據(jù)自動(dòng)編程模塊生成的中間件模型自 動(dòng)實(shí)現(xiàn)由中間件三維模型生成工序草圖，其中工序草圖包含中間件投影草圖、加工坐標(biāo)系、 局部細(xì)節(jié)說(shuō)明以及局部尺寸標(biāo)注；然后根據(jù)實(shí)際工藝表單中的內(nèi)容和格式，以及自動(dòng)編程 模塊生成的加工方案，提取出加工方案中的工藝數(shù)據(jù)信息，工藝數(shù)據(jù)信息包括機(jī)床、加工側(cè) 向、工序、工步、程序、刀具以及工裝，并將其內(nèi)容及工序草圖自動(dòng)添加到對(duì)應(yīng)的工藝表單 中，進(jìn)而生成結(jié)構(gòu)件加工工藝規(guī)程中的相關(guān)卡片，包括加工工藝卡、加工工序卡、數(shù)控刀具 卡以及裝夾圖與零件設(shè)定卡。
全文摘要
飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件快速數(shù)控加工準(zhǔn)備系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)以現(xiàn)有CAD/CAM系統(tǒng)為平臺(tái)，包括工藝資源與知識(shí)庫(kù)管理模塊、快速毛坯生成模塊、零件分類與工藝方案分析模塊、自動(dòng)編程模塊、快速工裝生成模塊、應(yīng)力分析及變形控制模塊、前后置處理模塊以及工藝數(shù)據(jù)生成模塊八部分，該系統(tǒng)建立在三維數(shù)字化零件模型基礎(chǔ)上，較系統(tǒng)和準(zhǔn)確地體現(xiàn)并支持飛機(jī)復(fù)雜構(gòu)件數(shù)控加工工藝準(zhǔn)備及編程的專業(yè)化流程，可大量減少工藝準(zhǔn)備及編程過(guò)程中所需的人機(jī)交互操作，有效解決由于工藝員經(jīng)驗(yàn)不足導(dǎo)致編制的程序不穩(wěn)定，加工工藝方案設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題，并能有效控制零件加工過(guò)程中以及加工后的變形量，能顯著提高數(shù)控加工準(zhǔn)備和編程的效率與質(zhì)量，提升CAD/CAM系統(tǒng)的專業(yè)化和智能化水平。
文檔編號(hào)G05B19/4097GK101763068SQ20091022076
公開(kāi)日2010年6月30日 申請(qǐng)日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者任文杰, 馮子明, 初宏震, 周敏, 杜寶瑞, 鄭國(guó)磊, 陳樹(shù)林 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司;北京航空航天大學(xué)