專利名稱：飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種計算機應用技術領域的系統，具體是一種飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統。
背景技術：
高效數控加工技術是數控加工領域的發展趨勢，是繼高速切削、高速加工之后悄然興起的新技術。該技術充分利用數控機床自身的硬件條件，融合各種先進數控工藝技術和管理理念，在保證產品質量的前提下實現產品生產效率最大化的數控技術的總和。其本質是提高工藝準備效率和數控機床綜合利用率，實現產品加工質量與產品產出效率的有機統一。在飛機復雜結構件的數控編程中，前期工藝程編準備周期較長，且編程質量依賴于編程人員的個人技術水平和經驗進行數控編程。編程過程中加工特征的選取、加工方法的選擇有較大的隨意性，無法進行有效規范，更無法進行精細管理和優化，這樣既浪費時間又不能得到最優化的結果。因此，基于高效數控加工技術的飛機復雜結構件快速數控編程系統在計算機輔助制造應用中有著重要意義，具有較高的應用價值和發展潛力。目前影響飛機復雜結構件數控加工效率的技術瓶頸從之前的數控設備能力不足逐漸轉變為數控工藝程編效率低下。結構件的數控加工為典型的小批量、多品種產品，在現有的數控編程技術中，將不同結構件分配給不同編程人員，致使不同結構件中相同或相似的結構加工方式不同，這種加工方式存在以下一些問題1、刀具路徑規劃通常需要大量的人工干預和反復驗證。2、已有的資源無法及時共享，編程效率低。3、無法規范化編程并將好的加工方式傳承下去等。飛機設計制造過程中由于性能上的需求而廣泛采用了整體結構件，具有結構尺寸大、理論外形復雜、設備能力要求高等特點，導致飛機復雜結構件數控工藝程編準備周期過長所以需要對工藝程編技術進行技術革新，提高工藝程編的效率和質量。飛機結構件尺寸逐漸增大，零件結構日趨復雜，幾何精度不斷提高，采用的材料也逐漸從過去的以鋁合金為主變為鋁合金和鈦合金并重的局面，其加工難度、工藝程編工作量和質量控制難度大幅增加。基于特征的工藝編程，一體化程度高，工藝、程編、后置、控制系統、機床、仿真有效統一在CAD/CAM/PDM集成平臺下，集成度高，工藝準備效率高，設計、制造資源與工藝資源形成統一的基礎數據庫，使用單一的數據源，自動化程度高，工藝程編流程簡潔有效。本發明針對航空領域飛機復雜結構件(壁板類、框類、梁類、肋類)編程效率低這一突出問題，提出基于特征的飛機復雜結構件快速編程技術，有助于提高編程效率，形成加工編程數據庫和工藝規范。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，針對航空領域中飛機復雜結構件壁板類、框類、梁類、肋類等關鍵零件的數控加工， 開發復雜曲面零件多軸數控加工的編程平臺，形成加工編程數據庫和工藝規范。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明所述飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統包括數據庫建立與維護子系統和數控工藝生成子系統。其中數據庫建立與維護子系統完成飛機復雜結構件典型特征數控編程策略組合及參數設定，以及策略組合與參數之間關系的匹配，即確定完成特征數控編程需要的幾何參數， 完成知識模板的創建；按數控編程策略組合和參數方式完成特征的數控編程，系統會自動把操作中的策略組合和參數方式錄入數據庫；將加工策略與幾何參數進行匹配，通過系統提供的NC模板創建軟件將幾何參數和加工策略組合及參數保存起來，形成該特征的NC模板，并保存至數據庫中；數控工藝生成子系統通過調用數據庫資源，自動完成典型特征的數控編程。所述特征數據庫建立與維護子系統是數控加工工藝生成子系統快速高效運行的前提，主要包括以下模塊工藝準備模塊包括特征定義單元和工藝制定單元。其中，特征定義單元將使用頻率高、應用普遍的局部結構定義為特征。工藝制定單元為結合已有的加工經驗與方法，確定最優化的數控工藝方案，包括數控編程策略組合及刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數、切削用量參數。特征數據庫建立模塊包括知識模板創建單元、工藝參數錄入單元和NC模板創建單元。其中，知識模板創建單元為確定數控工藝與幾何參數有關的輸入輸出幾何參數。工藝參數錄入單元為按已經確定的數控工藝方案完成特征的數控編程，本系統會自動把操作中的策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數錄入數據庫。NC模板創建單元為將加工策略與幾何參數進行匹配，并將加工策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數保存起來，形成該特征的NC模板。將該特征的NC模板添加到數據庫文件夾中，即可完成該特征數控工藝的特征數據庫建立。特征數據庫維護模塊包括工藝優化單元和數據庫擴充單元。其中，工藝優化單元對數據庫中相應的NC模板進行修改。數據庫擴充單元為制作新的特征NC模板添加至數據庫中，使得特征數據庫得到擴充。所述數控工藝生成子系統可快速實現飛機復雜構件典型特征的數控工藝，包括特征識別模塊、工藝建立模塊、檢驗校正模塊，其中特征識別模塊通過選取幾何參數，系統會在后臺將被加工零件進行特征識別與標識，為后續的加工策略智能創建提供已識別的加工特征標記。在這個過程中，系統會以三維顯示待選取幾何參數的方式幫助用戶完成該模塊的操作。工藝建立模塊在數控加工工藝制定模式中，系統根據標定的加工特征標識中的特征數控工藝數據描述，自動讀取特征數據庫中對應特征的NC模板，調用相關開發模塊創建加工策略組合，設置刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數，最終形成與標定的加工特征完整對應的加工策略組合創建，完成該特征的數控加工工藝生成。檢驗校正模塊通過交互操作，檢查創建的特征數控加工工藝策略是否滿足編程要求，對系統不能自動實現的工藝細節設置進行完善。所述特征數據庫中包含典型特征數控編程策略組合及參數，以及策略組合及參數之間的匹配關系。特征數據庫建立與維護子系統建立完成以后，在實際的數控加工工藝生成中，只需要調用數控加工工藝生成子系統即可完成實際數控加工工藝生成，使得典型特征的重復數控加工工藝生成變得簡單高效，并且方便制定工藝規范。所述的數控編程策略組合包括以下策略平面銑削、型腔銑削、輪廓銑削、曲線加工、鉆孔加工、等高線粗加工、投影粗加工、插銑粗加工、投影加工、清根加工、等高線加工、 輪廓驅動加工、沿面加工、螺旋加工。本發明針對飛機復雜結構件零件的結構特點，在已有工藝經驗積累的基礎上，進行工藝分析，實現工藝信息建模、工藝模板建模、分類編碼、建庫，結合加工特征識別技術， 構建加工特征、工藝模板和加工工藝之間的內在聯系，并與工藝制造資源進行緊密連接和自動選取，形成基于三維模型的飛機結構件制造工藝知識體系和專家知識庫，最終完成加工特征的排序、加工知識的融合和數控加工工藝文檔的自動快速編制。本發明系統通過調用特征數據庫資源，自動完成典型特征的數控編程，具有高效、便捷、準確和規范的特點。


圖1為本發明實施例中特征數據庫建立與維護子系統結構框圖。圖2為本發明實施例中數控加工工藝生成子系統結構框圖。圖3為本發明實施例中飛機復雜結構件肋類零件示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例1本實施以飛機復雜結構件肋類零件(如圖3所示)的快速數控加工工藝生成為例。本實施例包括特征數據庫建立與維護子系統(如圖1所示)和數控加工工藝生成子系統(如圖2所示)。其中，數據庫建立與維護子系統完成飛機復雜結構件典型特征數控編程策略組合及參數設定，以及策略組合與參數之間關系的匹配。數控工藝生成子系統通過調用數據庫資源，自動完成典型特征的數控編程。如圖1所示，所述特征數據庫建立與維護子系統包括工藝準備模塊、特征數據庫建立模塊、特征數據庫維護模塊，其中工藝準備模塊包括特征定義單元和工藝制定單元。其中，特征定義單元將一些使用頻率高、應用普遍的局部結構定義為特征。工藝制定單元為結合已有的加工經驗與方法，確定最優化的數控工藝方案，包括數控編程策略組合及刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數、切削用量參數。特征數據庫建立模塊包括知識模板創建單元、工藝參數錄入單元和NC模板創建單元。其中，知識模板創建單元為確定數控工藝與幾何參數有關的輸入輸出幾何參數。工藝參數錄入單元為按已經確定的數控工藝方案完成特征的數控編程，本系統會自動把操作中的策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數錄入數據庫。NC模板創建單元為將加工策略與幾何參數進行匹配，并將加工策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數保存起來，形成該特征的NC模板。將該特征的NC模板添加到數據庫文件夾中，即可完成該特征數控工藝的特征數據庫建立。特征數據庫維護模塊包括工藝優化單元和數據庫擴充單元。其中，工藝優化單元為通過實際使用，發現NC模板中的不足，并對數據庫中相應的NC模板進行修改。數據庫擴充單元為制作新的特征NC模板添加至數據庫中，使得特征數據庫得到擴充。如圖2所示，所述數控加工工藝生成子系統包括特征識別模塊、工藝建立模塊、檢驗校正模塊特征識別模塊通過選取幾何參數，系統會在后臺將被加工零件進行特征識別與標識，為后續的加工策略智能創建提供已識別的加工特征標記。在這個過程中，系統會以三維顯示待選取幾何參數的方式幫助用戶完成該模塊的操作。工藝建立模塊在數控加工工藝制定模式中，系統根據標定的加工特征標識中的特征數控工藝數據描述，自動讀取特征數據庫中對應特征的NC模板，調用相關開發模塊創建加工策略組合，設置刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數，最終形成與標定的加工特征完整對應的加工策略組合創建，完成該特征的數控加工工藝生成。檢驗校正模塊通過交互操作，檢查創建的特征數控加工工藝策略是否滿足編程要求，對系統不能自動實現的工藝細節設置進行完善。本實施例通過以下方式進行工作。特征數據庫的建立首先，根據飛機復雜結構件肋類零件已有的加工經驗與方法， 將一些使用頻率高、應用普遍的局部結構定義為典型特征，確定最優化的數控加工工藝方案，包括數控編程策略組合及刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數、切削用量參數。然后，根據數控加工工藝方案確定數控工藝與幾何參數有關的輸入輸出幾何參數，按既定的數控加工工藝方案完成典型特征的數控加工工藝編程，并將加工策略與幾何參數進行匹配，把加工策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數保存起來，形成該典型特征的NC模板。將該特征的NC模板添加到數據庫文件夾中，即完成該特征數控工藝的特征數據庫建立。最后，實際使用中，可以對NC模板中的輸入錯誤并進行修改。特征數據庫建立完成以后，只需要調用特征數據庫即可完成實際數控加工工藝生成，使得典型特征的重復數控加工工藝生成變得簡單高效，并且方便制定工藝規范。數控加工工藝的生成首先，通過選取幾何參數，系統會在后臺將被加工零件進行特征識別與標識，為后續的加工策略智能創建提供已識別的加工特征標記。然后，用戶進入數控加工工藝制定模式，運行系統中的工藝建立模塊，系統根據標定的加工特征標識中的特征數控工藝數據描述，自動讀取特征數據庫中對應特征的NC模板，調用相關開發模塊創建加工策略組合，設置刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數，形成與標定的加工特征完整對應的加工策略組合創建，完成該特征的數控加工工藝生成。最后，通過交互操作，檢查創建的特征數控加工工藝策略是否滿足編程要求，對系統不能自動實現的工藝細節設置進行完善。所述的特征數據庫中包含典型特征數控編程策略組合及參數，以及策略組合及參數之間的匹配關系。系統通過調用特征數據庫資源，自動完成典型特征的數控編程。所述的數控編程策略組合包括以下策略平面銑削、型腔銑削、輪廓銑削、曲線加工、鉆孔加工、等高線粗加工、投影粗加工、插銑粗加工、投影加工、清根加工、等高線加工、 輪廓驅動加工、沿面加工、螺旋加工。本實施例以飛機復雜結構件肋類零件的快速數控加工工藝為例，說明了飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統在飛機復雜結構件能夠快速生成數控加工工藝，具有高效、 便捷、準確和規范的特點。盡管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容后，對于本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護范圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求
1.一種飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，其特征在于包括數據庫建立與維護子系統和數控工藝生成子系統，其中數據庫建立與維護子系統完成飛機復雜結構件典型特征數控編程策略組合及參數設定，以及策略組合與參數之間關系的匹配，即確定完成特征數控編程需要的幾何參數，完成知識模板的創建；按數控編程策略組合和參數方式完成特征的數控編程，系統會自動把操作中的策略組合和參數方式錄入數據庫；將加工策略與幾何參數進行匹配，通過系統提供的NC模板創建軟件將幾何參數和加工策略組合及參數保存起來，形成該特征的NC模板，并保存至數據庫中；數控工藝生成子系統通過調用數據庫資源，自動完成典型特征的數控編程。
2.根據權利要求1所述的飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，其特征在于所述特征數據庫建立與維護子系統包括以下模塊，其中工藝準備模塊包括特征定義單元和工藝制定單元，其中，特征定義單元將使用頻率高、應用普遍的局部結構定義為特征；工藝制定單元為結合已有的加工經驗與方法，確定最優化的數控工藝方案，包括數控編程策略組合及刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數、切削用量參數；特征數據庫建立模塊包括知識模板創建單元、工藝參數錄入單元和NC模板創建單元，其中，知識模板創建單元為確定數控工藝與幾何參數有關的輸入輸出幾何參數；工藝參數錄入單元為按已經確定的數控工藝方案完成特征的數控編程，本系統會自動把操作中的策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數錄入數據庫；NC 模板創建單元為將加工策略與幾何參數進行匹配，并將加工策略組合和刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數保存起來，形成該特征的NC 模板，將該特征的NC模板添加到數據庫文件夾中，即完成該特征數控工藝的特征數據庫建立；特征數據庫維護模塊包括工藝優化單元和數據庫擴充單元，其中，工藝優化單元對數據庫中相應的NC模板進行修改，數據庫擴充單元為制作新的特征NC模板添加至數據庫中， 使得特征數據庫得到擴充。
3.根據權利要求1或2所述的飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，其特征在于 所述數控工藝生成子系統包括特征識別模塊、工藝建立模塊、檢驗校正模塊，其中特征識別模塊通過選取幾何參數，系統會在后臺將被加工零件進行特征識別與標識， 為后續的加工策略智能創建提供已識別的加工特征標記，在這個過程中，系統會以三維顯示待選取幾何參數的方式幫助用戶完成該模塊的操作；工藝建立模塊在數控加工工藝制定模式中，系統根據標定的加工特征標識中的特征數控工藝數據描述，自動讀取特征數據庫中對應特征的NC模板，調用相關開發模塊創建加工策略組合，設置刀具參數、幾何參數、刀具路徑參數、進給速度參數、進退刀參數和切削用量參數，最終形成與標定的加工特征完整對應的加工策略組合創建，完成該特征的數控加工工藝生成；檢驗校正模塊通過交互操作，檢查創建的特征數控加工工藝策略是否滿足編程要求， 對系統不能自動實現的工藝細節設置進行完善。
4.根據權利要求3所述的飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，其特征在于所述特征數據庫中包含典型特征數控編程策略組合及參數，以及策略組合及參數之間的匹配關系，特征數據庫建立與維護子系統建立完成以后，在實際的數控加工工藝生成中，只需要調用數控加工工藝生成子系統即能完成實際數控加工工藝生成。
5.根據權利要求4所述的飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，其特征在于所述的數控編程策略組合包括以下策略平面銑削、型腔銑削、輪廓銑削、曲線加工、鉆孔加工、 等高線粗加工、投影粗加工、插銑粗加工、投影加工、清根加工、等高線加工、輪廓驅動加工、 沿面加工、螺旋加工。
全文摘要
本發明公開一種飛機復雜結構件快速數控加工工藝系統，包括數據庫建立與維護子系統和數控工藝生成子系統。其中，數據庫建立與維護子系統完成飛機復雜結構件典型特征數控編程策略組合及參數設定，以及策略組合與參數之間關系的匹配。數控工藝生成子系統通過調用數據庫資源，自動完成典型特征的數控編程。本發明針對飛機復雜結構件零件，實現工藝信息建模、工藝模板建模、分類編碼、建庫，結合加工特征識別技術，構建加工特征、工藝模板和加工工藝之間的內在聯系，并與工藝制造資源進行緊密連接和自動選取，形成基于三維模型的飛機結構件制造工藝知識體系和專家知識庫，完成加工特征的排序、加工知識的融合和數控加工工藝文檔的自動快速編制。
文檔編號G05B19/18GK102411333SQ20111036706
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者畢慶貞, 王宇晗 申請人:上海交通大學