飞机复杂结构件快速数控加工工艺系统

摘要

本发明公开一种飞机复杂结构件快速数控加工工艺系统，包括数据库建立与维护子系统和数控工艺生成子系统。其中，数据库建立与维护子系统完成飞机复杂结构件典型特征数控编程策略组合及参数设定，以及策略组合与参数之间关系的匹配。数控工艺生成子系统通过调用数据库资源，自动完成典型特征的数控编程。本发明针对飞机复杂结构件零件，实现工艺信息建模、工艺模板建模、分类编码、建库，结合加工特征识别技术，构建加工特征、工艺模板和加工工艺之间的内在联系，并与工艺制造资源进行紧密连接和自动选取，形成基于三维模型的飞机结构件制造工艺知识体系和专家知识库，完成加工特征的排序、加工知识的融合和数控加工工艺文档的自动快速编制。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的系统，具体是一种飞机复杂结构件快 速数控加工工艺系统。

背景技术

高效数控加工技术是数控加工领域的发展趋势，是继高速切削、高速加工之后悄 然兴起的新技术。该技术充分利用数控机床自身的硬件条件，融合各种先进数控工艺 技术和管理理念，在保证产品质量的前提下实现产品生产效率最大化的数控技术的总 和。其本质是提高工艺准备效率和数控机床综合利用率，实现产品加工质量与产品产 出效率的有机统一。在飞机复杂结构件的数控编程中，前期工艺程编准备周期较长， 且编程质量依赖于编程人员的个人技术水平和经验进行数控编程。编程过程中加工特 征的选取、加工方法的选择有较大的随意性，无法进行有效规范，更无法进行精细管 理和优化，这样既浪费时间又不能得到最优化的结果。因此，基于高效数控加工技术 的飞机复杂结构件快速数控编程系统在计算机辅助制造应用中有着重要意义，具有较 高的应用价值和发展潜力。

目前影响飞机复杂结构件数控加工效率的技术瓶颈从之前的数控设备能力不足逐 渐转变为数控工艺程编效率低下。结构件的数控加工为典型的小批量、多品种产品， 在现有的数控编程技术中，将不同结构件分配给不同编程人员，致使不同结构件中相 同或相似的结构加工方式不同，这种加工方式存在以下一些问题：

1、刀具路径规划通常需要大量的人工干预和反复验证。

2、已有的资源无法及时共享，编程效率低。

3、无法规范化编程并将好的加工方式传承下去等。

飞机设计制造过程中由于性能上的需求而广泛采用了整体结构件，具有结构尺寸 大、理论外形复杂、设备能力要求高等特点，导致飞机复杂结构件数控工艺程编准备 周期过长所以需要对工艺程编技术进行技术革新，提高工艺程编的效率和质量。

飞机结构件尺寸逐渐增大，零件结构日趋复杂，几何精度不断提高，采用的材料 也逐渐从过去的以铝合金为主变为铝合金和钛合金并重的局面，其加工难度、工艺程 编工作量和质量控制难度大幅增加。

基于特征的工艺编程，一体化程度高，工艺、程编、后置、控制系统、机床、仿 真有效统一在CAD/CAM/PDM集成平台下，集成度高，工艺准备效率高，设计、制 造资源与工艺资源形成统一的基础数据库，使用单一的数据源，自动化程度高，工艺 程编流程简洁有效。本发明针对航空领域飞机复杂结构件(壁板类、框类、梁类、肋 类)编程效率低这一突出问题，提出基于特征的飞机复杂结构件快速编程技术，有助 于提高编程效率，形成加工编程数据库和工艺规范。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种飞机复杂结构件快速数控加工工 艺系统，针对航空领域中飞机复杂结构件壁板类、框类、梁类、肋类等关键零件的数 控加工，开发复杂曲面零件多轴数控加工的编程平台，形成加工编程数据库和工艺规 范。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明所述飞机复杂结构件快速数控加工工 艺系统包括数据库建立与维护子系统和数控工艺生成子系统。其中：

数据库建立与维护子系统完成飞机复杂结构件典型特征数控编程策略组合及参数 设定，以及策略组合与参数之间关系的匹配，即确定完成特征数控编程需要的几何参 数，完成知识模板的创建；按数控编程策略组合和参数方式完成特征的数控编程，系 统会自动把操作中的策略组合和参数方式录入数据库；将加工策略与几何参数进行匹 配，通过系统提供的NC模板创建软件将几何参数和加工策略组合及参数保存起来，形 成该特征的NC模板，并保存至数据库中；

数控工艺生成子系统通过调用数据库资源，自动完成典型特征的数控编程。

所述特征数据库建立与维护子系统是数控加工工艺生成子系统快速高效运行的前 提，主要包括以下模块：

工艺准备模块：包括特征定义单元和工艺制定单元。其中，特征定义单元将使用 频率高、应用普遍的局部结构定义为特征。工艺制定单元为结合已有的加工经验与方 法，确定最优化的数控工艺方案，包括数控编程策略组合及刀具参数、几何参数、刀 具路径参数、进给速度参数、进退刀参数、切削用量参数。

特征数据库建立模块：包括知识模板创建单元、工艺参数录入单元和NC模板创 建单元。其中，知识模板创建单元为确定数控工艺与几何参数有关的输入输出几何参 数。工艺参数录入单元为按已经确定的数控工艺方案完成特征的数控编程，本系统会 自动把操作中的策略组合和刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参数、进 退刀参数录入数据库。NC模板创建单元为将加工策略与几何参数进行匹配，并将加工 策略组合和刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参数、进退刀参数和切削 用量参数保存起来，形成该特征的NC模板。将该特征的NC模板添加到数据库文件夹 中，即可完成该特征数控工艺的特征数据库建立。

特征数据库维护模块：包括工艺优化单元和数据库扩充单元。其中，工艺优化单 元对数据库中相应的NC模板进行修改。数据库扩充单元为制作新的特征NC模板添加 至数据库中，使得特征数据库得到扩充。

所述数控工艺生成子系统可快速实现飞机复杂构件典型特征的数控工艺，包括特 征识别模块、工艺建立模块、检验校正模块，其中：

特征识别模块：通过选取几何参数，系统会在后台将被加工零件进行特征识别与标 识，为后续的加工策略智能创建提供已识别的加工特征标记。在这个过程中，系统会 以三维显示待选取几何参数的方式帮助用户完成该模块的操作。

工艺建立模块：在数控加工工艺制定模式中，系统根据标定的加工特征标识中的特 征数控工艺数据描述，自动读取特征数据库中对应特征的NC模板，调用相关开发模 块创建加工策略组合，设置刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参数、进 退刀参数和切削用量参数，最终形成与标定的加工特征完整对应的加工策略组合创建， 完成该特征的数控加工工艺生成。

检验校正模块：通过交互操作，检查创建的特征数控加工工艺策略是否满足编程要 求，对系统不能自动实现的工艺细节设置进行完善。

所述特征数据库中包含典型特征数控编程策略组合及参数，以及策略组合及参数 之间的匹配关系。特征数据库建立与维护子系统建立完成以后，在实际的数控加工工 艺生成中，只需要调用数控加工工艺生成子系统即可完成实际数控加工工艺生成，使 得典型特征的重复数控加工工艺生成变得简单高效，并且方便制定工艺规范。

所述的数控编程策略组合包括以下策略：平面铣削、型腔铣削、轮廓铣削、曲线 加工、钻孔加工、等高线粗加工、投影粗加工、插铣粗加工、投影加工、清根加工、 等高线加工、轮廓驱动加工、沿面加工、螺旋加工。

本发明针对飞机复杂结构件零件的结构特点，在已有工艺经验积累的基础上，进 行工艺分析，实现工艺信息建模、工艺模板建模、分类编码、建库，结合加工特征识 别技术，构建加工特征、工艺模板和加工工艺之间的内在联系，并与工艺制造资源进 行紧密连接和自动选取，形成基于三维模型的飞机结构件制造工艺知识体系和专家知 识库，最终完成加工特征的排序、加工知识的融合和数控加工工艺文档的自动快速编 制。本发明系统通过调用特征数据库资源，自动完成典型特征的数控编程，具有高效、 便捷、准确和规范的特点。

附图说明

图1为本发明实施例中特征数据库建立与维护子系统结构框图。

图2为本发明实施例中数控加工工艺生成子系统结构框图。

图3为本发明实施例中飞机复杂结构件肋类零件示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提进行实施， 给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施以飞机复杂结构件肋类零件(如图3所示)的快速数控加工工艺生成为例。

本实施例包括特征数据库建立与维护子系统(如图1所示)和数控加工工艺生成 子系统(如图2所示)。其中，数据库建立与维护子系统完成飞机复杂结构件典型特征 数控编程策略组合及参数设定，以及策略组合与参数之间关系的匹配。数控工艺生成 子系统通过调用数据库资源，自动完成典型特征的数控编程。

如图1所示，所述特征数据库建立与维护子系统包括工艺准备模块、特征数据库 建立模块、特征数据库维护模块，其中：

工艺准备模块：包括特征定义单元和工艺制定单元。其中，特征定义单元将一些 使用频率高、应用普遍的局部结构定义为特征。工艺制定单元为结合已有的加工经验 与方法，确定最优化的数控工艺方案，包括数控编程策略组合及刀具参数、几何参数、 刀具路径参数、进给速度参数、进退刀参数、切削用量参数。

特征数据库建立模块：包括知识模板创建单元、工艺参数录入单元和NC模板创 建单元。其中，知识模板创建单元为确定数控工艺与几何参数有关的输入输出几何参 数。工艺参数录入单元为按已经确定的数控工艺方案完成特征的数控编程，本系统会 自动把操作中的策略组合和刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参数、进 退刀参数录入数据库。NC模板创建单元为将加工策略与几何参数进行匹配，并将加工 策略组合和刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参数、进退刀参数和切削 用量参数保存起来，形成该特征的NC模板。将该特征的NC模板添加到数据库文件夹 中，即可完成该特征数控工艺的特征数据库建立。

特征数据库维护模块：包括工艺优化单元和数据库扩充单元。其中，工艺优化单元 为通过实际使用，发现NC模板中的不足，并对数据库中相应的NC模板进行修改。数 据库扩充单元为制作新的特征NC模板添加至数据库中，使得特征数据库得到扩充。

如图2所示，所述数控加工工艺生成子系统包括特征识别模块、工艺建立模块、 检验校正模块：

特征识别模块：通过选取几何参数，系统会在后台将被加工零件进行特征识别与标 识，为后续的加工策略智能创建提供已识别的加工特征标记。在这个过程中，系统会 以三维显示待选取几何参数的方式帮助用户完成该模块的操作。

工艺建立模块：在数控加工工艺制定模式中，系统根据标定的加工特征标识中的特 征数控工艺数据描述，自动读取特征数据库中对应特征的NC模板，调用相关开发模 块创建加工策略组合，设置刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参数、进 退刀参数和切削用量参数，最终形成与标定的加工特征完整对应的加工策略组合创建， 完成该特征的数控加工工艺生成。

检验校正模块：通过交互操作，检查创建的特征数控加工工艺策略是否满足编程要 求，对系统不能自动实现的工艺细节设置进行完善。

本实施例通过以下方式进行工作。

特征数据库的建立：首先，根据飞机复杂结构件肋类零件已有的加工经验与方法， 将一些使用频率高、应用普遍的局部结构定义为典型特征，确定最优化的数控加工工 艺方案，包括数控编程策略组合及刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进给速度参 数、进退刀参数、切削用量参数。然后，根据数控加工工艺方案确定数控工艺与几何 参数有关的输入输出几何参数，按既定的数控加工工艺方案完成典型特征的数控加工 工艺编程，并将加工策略与几何参数进行匹配，把加工策略组合和刀具参数、几何参 数、刀具路径参数、进给速度参数、进退刀参数和切削用量参数保存起来，形成该典 型特征的NC模板。将该特征的NC模板添加到数据库文件夹中，即完成该特征数控工 艺的特征数据库建立。最后，实际使用中，可以对NC模板中的输入错误并进行修改。

特征数据库建立完成以后，只需要调用特征数据库即可完成实际数控加工工艺生 成，使得典型特征的重复数控加工工艺生成变得简单高效，并且方便制定工艺规范。

数控加工工艺的生成：首先，通过选取几何参数，系统会在后台将被加工零件进 行特征识别与标识，为后续的加工策略智能创建提供已识别的加工特征标记。然后， 用户进入数控加工工艺制定模式，运行系统中的工艺建立模块，系统根据标定的加工 特征标识中的特征数控工艺数据描述，自动读取特征数据库中对应特征的NC模板， 调用相关开发模块创建加工策略组合，设置刀具参数、几何参数、刀具路径参数、进 给速度参数、进退刀参数和切削用量参数，形成与标定的加工特征完整对应的加工策 略组合创建，完成该特征的数控加工工艺生成。最后，通过交互操作，检查创建的特 征数控加工工艺策略是否满足编程要求，对系统不能自动实现的工艺细节设置进行完 善。

所述的特征数据库中包含典型特征数控编程策略组合及参数，以及策略组合及参 数之间的匹配关系。系统通过调用特征数据库资源，自动完成典型特征的数控编程。

所述的数控编程策略组合包括以下策略：平面铣削、型腔铣削、轮廓铣削、曲线 加工、钻孔加工、等高线粗加工、投影粗加工、插铣粗加工、投影加工、清根加工、 等高线加工、轮廓驱动加工、沿面加工、螺旋加工。

本实施例以飞机复杂结构件肋类零件的快速数控加工工艺为例，说明了飞机复杂 结构件快速数控加工工艺系统在飞机复杂结构件能够快速生成数控加工工艺，具有高 效、便捷、准确和规范的特点。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的 描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发 明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要 求来限定。