基于特征的機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法
【專利摘要】一種基于特征的機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法，屬于CAM【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法首先進行機匣特征識別或讀取機匣環(huán)形槽特征結(jié)果，然后根據(jù)加工資源庫中的數(shù)據(jù)，得到環(huán)形槽銑削加工工藝信息，并進行加工區(qū)域劃分，最后自動生成環(huán)形槽銑削粗加工刀軌并排序。該機匣環(huán)形槽銑削加工軌跡生成方法計算效率高、正確率高，程序規(guī)范性強，知識重用性高，有效減少重復(fù)工作量，同時支持單個和多個環(huán)形槽的批量處理，靈活性強，能夠滿足工程人員的不同需求。
【專利說明】基于特征的機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CAM技術(shù)，尤其是一種航空發(fā)動機機匣的CAM技術(shù)，具體地說是一種基于特征的機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展，對航空發(fā)動機的制造要求不斷提高，機匣作為航空發(fā)動機的主要部件在制造過程中也面臨著更高的挑戰(zhàn)，目前機匣多采用鈦合金、高溫合金等耐高溫、難切削材料，結(jié)構(gòu)上以回轉(zhuǎn)輪轂面為主體周向分布柱狀凸臺，零件最薄處僅為2-3mm厚，屬多島嶼復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)件，加工過程復(fù)雜。在機匣數(shù)控加工中，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，對于編程工藝人員的經(jīng)驗依賴性很強。目前航空發(fā)動機機匣的數(shù)控加工編程工作主要在一些商品化CAM平臺上進行，在加工程序的編制時，需要人工設(shè)置大量加工參數(shù)，編程的工作量非常大，尤其是在機匣環(huán)形槽銑削過程中，工藝較為復(fù)雜，實際生產(chǎn)中采取基于多中間模型的程序編制，在中間模型的構(gòu)建上浪費大量人力，且特征編程不連貫，重復(fù)工作量大，穩(wěn)定性較差，后期需要結(jié)合大量的仿真工作進行程序的優(yōu)化，導致編程規(guī)范性不足，效率低下，知識的積累性差。
[0003]鑒于以上問題急需一種能夠自動生成環(huán)形槽銑削粗加工軌跡的方法，在申請?zhí)枮?01410188103.5，發(fā)明名稱為“航空發(fā)動機機匣特征識別方法”的中國專利中，對機匣零件進行了特征定義和特征識別，將機匣零件識別為一系列環(huán)形槽特征和凸臺特征的組合，為本發(fā)明的提出打下了堅實的基礎(chǔ)。
[0004]本專利提出了一種基于特征的機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法，屬于CAM【技術(shù)領(lǐng)域】。首先進行機匣特征識別或讀取機匣環(huán)形槽特征結(jié)果，然后根據(jù)加工資源庫中的數(shù)據(jù)，得到環(huán)形槽銑削加工工藝信息，并進行加工區(qū)域劃分，最后自動生成環(huán)形槽銑削粗加工刀軌并排序。該機匣環(huán)形槽銑削加工軌跡自動生成方法，改變以往基于中間模型的編程方式，一次性自動生成環(huán)形槽特征的所有刀軌，且計算效率高、正確率高，程序規(guī)范性強，知識重用性高，有效減少重復(fù)工作量。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是針對目前CAM系統(tǒng)中缺少對航空發(fā)動機機匣環(huán)形槽銑削加工的自動刀軌生成模式，以及現(xiàn)有加工編程效率低、質(zhì)量差、靈活性不足等問題，提出一種航空發(fā)動機機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法，其特征是首先進行機匣特征識別或讀取機匣環(huán)形槽特征結(jié)果，然后根據(jù)加工資源庫中的數(shù)據(jù)，得到環(huán)形槽銑削加工工藝信息，并進行加工區(qū)域劃分，最后自動生成環(huán)形槽銑削粗加工刀軌并排序。
[0008]具體步驟如下:
[0009]步驟1:在CAM環(huán)境下，通過自動讀取特征識別結(jié)果或手動選擇機匣環(huán)形槽的方法得到待加工的環(huán)形槽特征面列，即得到環(huán)形槽初始加工區(qū)域；
[0010]步驟2:基于凸臺高度的加工區(qū)域徑向劃分，根據(jù)環(huán)形槽頂面及環(huán)形槽內(nèi)部凸臺頂面間的高度差將環(huán)形槽加工區(qū)域進行徑向劃分；
[0011]步驟3:刀具及加工參數(shù)的選擇，確定刀具、余量、切寬、切深、徑向分層、進給速度等加工參數(shù)；
[0012]步驟4:基于刀具對加工區(qū)域二次劃分，由于在環(huán)形槽內(nèi)部存在凸臺結(jié)構(gòu)，考慮到刀具的可切削區(qū)域情況，對于刀具直徑大于廣義側(cè)面間最短距離的情況需要將原加工區(qū)域劃分為多個子區(qū)域，分別進行加工；
[0013]步驟5:自動生成粗加工刀軌，根據(jù)加工參數(shù)在加工區(qū)域內(nèi)生成驅(qū)動線及刀軸面，從而得到粗加工刀軌；
[0014]步驟6:刀軌排序，根據(jù)選擇的加工方案將生成的粗加工刀軌進行排序，得到最終加工刀軌。
[0015]上述步驟I所述的待加工的環(huán)形槽特征面列主要包含兩類:環(huán)形槽的特征信息及環(huán)形槽內(nèi)凸臺的特征信息，本方法提供自動和/或手動兩種方式獲得環(huán)形槽特征面列，即得到環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
[0016]I)自動獲得環(huán)形槽特征面列:通過讀取機匣特征識別結(jié)果，自動從特征識別結(jié)果文件中提取出所需環(huán)形槽的底面、側(cè)面與頂面及環(huán)形槽內(nèi)凸臺的側(cè)面與頂面信息，以得到的環(huán)形槽側(cè)面及凸臺側(cè)面為廣義側(cè)面，以得到的環(huán)形槽頂面與凸臺頂面為廣義頂面，如果環(huán)形槽底面不只一個面，則在相鄰底面連接處以連接線為母線，沿著機匣徑向拉伸一個垂直于機匣回轉(zhuǎn)軸的輔助面，并添加為環(huán)形槽的廣義側(cè)面，得到的面列構(gòu)成了環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
[0017]2)手動獲得環(huán)形槽特征面列:通過人工點選模型中的環(huán)形槽的底面，并以環(huán)形槽底面外環(huán)尋找與底面成凹連接的面，即環(huán)形槽的側(cè)面，以環(huán)形槽底面內(nèi)環(huán)尋找與地面成凹連接的面，即環(huán)形槽內(nèi)部凸臺側(cè)面，然后以環(huán)形槽側(cè)面搜索得到環(huán)形槽的頂面，以凸臺側(cè)面搜索得到凸臺的頂面，以得到的環(huán)形槽側(cè)面及凸臺側(cè)面為廣義側(cè)面，以得到的環(huán)形槽頂面與凸臺頂面為廣義頂面，如果環(huán)形槽底面不只一個面則在相鄰底面連接處以連接線為母線沿著機匣徑向拉伸一個垂直于機匣回轉(zhuǎn)軸的輔助面并添加為環(huán)形槽的廣義側(cè)面，得到的面列構(gòu)成了環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
[0018]上述步驟2基于凸臺高度的加工區(qū)域徑向劃分，根據(jù)環(huán)形槽深度及環(huán)形槽內(nèi)部凸臺的高度將環(huán)形槽加工區(qū)域進行徑向劃分，具體方法如下:
[0019]I)根據(jù)環(huán)形槽所有廣義頂面與底面間的距離將凸臺由低到高進行排序；
[0020]2)提取出每個環(huán)形槽加工區(qū)域中的底面，根據(jù)凸臺高度將底面沿機匣徑向向外偏移，得到對應(yīng)高度的偏移面。
[0021]3)用得到的偏移面將加工區(qū)域進行徑向劃分，得到每層加工區(qū)域，以偏移面作為每層加工區(qū)域的頂面，以低一層的頂面作為本層加工區(qū)域的底面，最底層的底面為環(huán)形槽
。
[0022]上述步驟3所述的刀具及加工參數(shù)的選擇是指確定刀具及余量、切寬、切深、進給速度等加工參數(shù)，具體如下:
[0023]I)通過對加工材料信息及加工區(qū)域的綜合分析，并根據(jù)刀具庫中刀具類型，選用長徑比合適的幾種刀具供工程人員選用；
[0024]2)在提取選用的加工刀具信息后，經(jīng)過分析，結(jié)合環(huán)形槽加工的經(jīng)驗值，自動設(shè)定切深和切寬值，主軸轉(zhuǎn)速及進給速度等設(shè)置均從切削參數(shù)庫中提取，同時支持工程人員調(diào)難
iF.0
[0025]上述步驟4所述的基于刀具對加工區(qū)域二次劃分是由于在環(huán)形槽內(nèi)部存在凸臺結(jié)構(gòu)，考慮到刀具的可切削區(qū)域情況，對于刀具直徑大于廣義側(cè)面間最短距離的情況需要將原加工區(qū)域劃分為子區(qū)域，分別進行加工，具體過程如下:
[0026]I)遍歷徑向區(qū)域劃分后每層區(qū)域的特征面列，提取出所有凸臺側(cè)面；
[0027]2)找到每個側(cè)面與本層區(qū)域中除本身外所有廣義側(cè)面的最短距離，如果最短距離小于Φ+2δ)，其中D為刀具直徑，δ為加工余量，則將該側(cè)面與對應(yīng)的廣義側(cè)面存入相應(yīng)的列表；
[0028]3)提取得到的列表中每個側(cè)面與對應(yīng)的廣義側(cè)面，得到兩側(cè)面最短距離的對應(yīng)點，連接兩點得到最短距離直線，并將最短距離直線沿機匣徑向向外偏移得到偏移直線，然后得到偏移直線的中點；
[0029]4)以最短距離線兩端點及偏移線的中點三點構(gòu)造最短距離平面，然后將得到的平面左右偏移，直到與兩側(cè)面的交線最近距離大于D+2 δ，得到左右偏移面，并用左右偏移面將所在的區(qū)域底面與進行分割；
[0030]5)用分割后的面替換對應(yīng)的特征面列中的面，并將左右偏移面添加到特征面列的廣義側(cè)面中；
[0031]6)重復(fù)上述5個步驟，得到劃分后的最終加工區(qū)域，劃分后未加工的狹窄區(qū)域根據(jù)凸臺間的最小距離選擇合適的刀具進行粗加工。
[0032]上述步驟5所述的自動生成粗加工刀軌，根據(jù)切寬參數(shù)在加工區(qū)域的頂面與底面生成驅(qū)動線，從而得到粗加工刀軌，具體方法如下:
[0033]I)提取每個加工區(qū)域的底面與頂面，得到底面和頂面沿回轉(zhuǎn)軸方向的最長交線，即得到過回轉(zhuǎn)軸線的面與底面、頂面的交線中最長的交線，根據(jù)切寬，將得到的交線兩邊預(yù)留加工余量后等分，得到刀軌行數(shù)，并將等分點以機匣回轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸在所在面旋轉(zhuǎn)掃略得到一條驅(qū)動線；
[0034]2)將另一面中對應(yīng)的交線兩邊預(yù)留加工余量，然后根據(jù)行數(shù)等分，將得到等分點以機匣回轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸在所在面旋轉(zhuǎn)掃略得到另一條驅(qū)動線，根據(jù)兩條驅(qū)動線構(gòu)建多截面曲面即刀軸面；
[0035]3)將加工區(qū)域根據(jù)切深進行徑向分層，將底面的驅(qū)動線作為最底層的下驅(qū)動線，并將其在刀軸面沿徑向以徑向切深為偏移距離向上偏移得到最底層的上驅(qū)動線，并以此為下一層的下驅(qū)動線，重復(fù)上述步驟偏移得到每一層的上下驅(qū)動線，并以每層的上下驅(qū)動線為驅(qū)動，以驅(qū)動線所在的面為刀軸面，生成本層粗加工刀軌。
[0036]4)進退刀設(shè)置
[0037]①進刀設(shè)置，針對每條刀軌，得到下驅(qū)動線起點，提取刀軌在起點處的切線方向，并將起始點沿切線方向進行偏移，直到平移點距離本刀軌上驅(qū)動線距離為預(yù)設(shè)高度，以刀軌起始點和平移點為兩端點構(gòu)建直線，作為下進刀驅(qū)動線，并按同樣方法在上驅(qū)動線起始點處構(gòu)建與下進刀驅(qū)動線同樣長短的上進刀驅(qū)動線，連接上進刀驅(qū)動線終點與下進刀驅(qū)動線終點，作為進刀方向，將下進刀驅(qū)動線終點沿進刀反方向平移到安全平面，得到平移點和下進刀驅(qū)動線端點的連接線，將連接線及上下進刀驅(qū)動線作為此刀軌的進刀驅(qū)動。
[0038]②退刀設(shè)置，針對每條刀軌，分別提取上下驅(qū)動線終點，連接下驅(qū)動線終點到上驅(qū)動線終點，作為退刀方向，將下驅(qū)動線終點沿退刀方向平移到安全平面，連接平移點和下驅(qū)動線端點，作為退刀驅(qū)動。
[0039]上述步驟6所述的根據(jù)加工方案進行刀軌排序，具體實現(xiàn)方法如下:
[0040]在機匣環(huán)形槽加工有兩種加工方案環(huán)形層銑及單區(qū)域銑，根據(jù)機匣加工精度要求及對機匣加工過程中的變形分析決定選擇環(huán)形層銑還是單區(qū)域銑。默認采用環(huán)形層銑，實際加工中工程人員可根據(jù)實際需求選擇。
[0041]I)環(huán)形層銑刀軌排序
[0042]①將待加工的環(huán)形槽以分層最多的槽作為第一個槽，然后按照順時針方向?qū)⑺胁圻M行排序；
[0043]②提取出每個環(huán)形槽的所有刀軌，并將刀軌根據(jù)徑向分層進行劃分，將相同層的刀軌存入同一列表。
[0044]③將每層刀軌列表中的刀軌沿著環(huán)形槽軸向從上到下進行排序，并將同一行的刀軌順時針排序。
[0045]④以第一個槽為起始槽，將所有槽最外層刀軌第一行刀軌順時針排序，然后將所有槽最外層刀軌第二行刀軌順時針排序，重復(fù)上述步驟完成所有槽第一層刀軌排序，同理完成所有槽的每一層刀軌排序。
[0046]2)單區(qū)域銑刀軌排序
[0047]①提取待加工的所有環(huán)形槽，然后按照順時針方向?qū)⑺协h(huán)形槽進行排序，然后將每個槽的加工區(qū)域，沿徑向從外到內(nèi)進行排序，徑向同一高度的加工區(qū)域順時針排序；
[0048]②提取出每個加工區(qū)域的所有刀軌，并將刀軌根據(jù)徑向分層情況進行劃分，將同一層的刀軌存入同一列表；
[0049]③將每層刀軌列表中的刀軌沿著機匣軸向從上到下進行排序，并將同一高度的刀軌順時針排序，然后將本加工區(qū)域的所有層刀軌沿徑向由外向內(nèi)排序。
[0050]④以任意環(huán)形槽為起始加工槽，將其所有加工區(qū)域刀軌按照加工區(qū)域順序進行排序，重復(fù)上述步驟實現(xiàn)所有環(huán)形槽的刀軌排序。
[0051]本發(fā)明的有益效果是:
[0052]本發(fā)明具有計算效率高、正確率高，程序規(guī)范性強，知識重用性高的優(yōu)點，它能有效減少重復(fù)工作量，同時支持單個和多個環(huán)形槽的批量處理，靈活性強，能夠滿足工程人員的不同需求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0053]圖1為本發(fā)明的機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法流程圖。
[0054]圖2為機匣零件及機匣環(huán)形槽特征面列示意圖，其中A為環(huán)形槽底面、B為側(cè)面、C為環(huán)形槽頂面、D為環(huán)形槽內(nèi)凸臺頂面、E為側(cè)面。
[0055]圖3為機匣環(huán)形槽底面外環(huán)邊與內(nèi)環(huán)邊示意圖，Acje為底面外環(huán)邊，Aie為底面內(nèi)環(huán)邊。
[0056]圖4為機匣環(huán)形槽基于凸臺高度的區(qū)域徑向劃分示意圖。
[0057]圖5為機匣環(huán)形槽基于刀具的區(qū)域二次劃分示意圖，相鄰底面間的輔助面示意圖及狹窄加工區(qū)域示意圖，其中Fa為相鄰底面間構(gòu)建的輔助面，An為狹窄加工區(qū)域。
[0058]圖6為機匣環(huán)形槽線驅(qū)動示意圖。
[0059]圖7為進退刀設(shè)計示意圖，其中左圖為進刀設(shè)置，右圖為退刀設(shè)置。
[0060]圖8為環(huán)形槽兩種銑削加工方案的示意圖，其中左圖為環(huán)形層銑示意圖，右圖為單區(qū)域銑示意圖。
[0061]圖9為環(huán)形層銑刀軌排序示意圖。
[0062]圖10為環(huán)形層銑刀軌排序流程圖。
[0063]圖11為單區(qū)域銑刀軌排序流程圖。
[0064]圖12為刀軌效果圖。
[0065]圖13為本發(fā)明所涉及的航空發(fā)動機機匣特征識別方法流程圖。
【具體實施方式】
[0066]下面是結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳細說明。
[0067]如圖1-12所示。
[0068]一種航空發(fā)動機機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法可概括為:首先進行機匣特征識別或讀取機匣環(huán)形槽特征結(jié)果，然后根據(jù)加工資源庫中的數(shù)據(jù)，得到環(huán)形槽銑削加工工藝信息，并進行加工區(qū)域劃分，最后自動生成環(huán)形槽銑削粗加工刀軌并排序。
[0069]其流程如圖1所示，包含以下具體步驟:
[0070]1、在CAM環(huán)境下，通過自動讀取特征識別結(jié)果或手動選擇機匣環(huán)形槽的方法得到待加工的環(huán)形槽特征面列。環(huán)形槽加工中特征信息主要包括兩大類:環(huán)形槽的特征信息和環(huán)形槽內(nèi)凸臺的特征信息。本方法提供自動和手動兩種方式獲得環(huán)形槽特征面列，即得到環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
[0071]I)自動獲得環(huán)形槽特征面列:通過讀取機匣特征識別結(jié)果，自動從特征識別結(jié)果文件中提取出所需的環(huán)形槽底面(如圖2中A)、側(cè)面(如圖2中B)及頂面(如圖2中C)和環(huán)形槽內(nèi)凸臺頂面(如圖2中D)和側(cè)面(如圖2中E)信息，以得到的環(huán)形槽側(cè)面及凸臺側(cè)面為廣義側(cè)面，以得到的環(huán)形槽頂面與凸臺頂面為廣義頂面，如果環(huán)形槽底面不只一個面，則在相鄰底面連接處以連接線為母線，沿著機匣徑向拉伸一個垂直于機匣回轉(zhuǎn)軸的輔助面，并添加為環(huán)形槽的廣義側(cè)面如圖4所示，得到的面列構(gòu)成了環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
[0072]2)手動獲得環(huán)形槽特征面列:通過人工點選模型中的環(huán)形槽的底面，并以環(huán)形槽底面外環(huán)(如圖3中Aj尋找與底面成凹連接的面，即環(huán)形槽的側(cè)面，以環(huán)形槽底面內(nèi)環(huán)(如圖3中Aie)尋找與地面成凹連接的面，即環(huán)形槽內(nèi)部凸臺側(cè)面，然后以環(huán)形槽側(cè)面搜索得到環(huán)形槽的頂面，以凸臺側(cè)面搜索得到凸臺的頂面，得到環(huán)形槽的的特征面列，以得到的環(huán)形槽側(cè)面及凸臺側(cè)面為廣義側(cè)面，以得到的環(huán)形槽頂面與凸臺頂面為廣義頂面，如果環(huán)形槽底面不只一個面則在相鄰底面連接處以連接線為母線沿著機匣徑向拉伸一個垂直于機匣回轉(zhuǎn)軸的輔助面并添加為環(huán)形槽的廣義側(cè)面如圖4所示，得到的面列構(gòu)成了環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
[0073]2、基于凸臺高度的加工區(qū)域徑向劃分，考慮環(huán)形槽深度及環(huán)形槽內(nèi)部凸臺頂面間的高度差將環(huán)形槽加工區(qū)域進行徑向劃分，具體實現(xiàn)方法如下:
[0074]I)根據(jù)環(huán)形槽所有廣義頂面與底面間的距離將凸臺由低到高進行排序；
[0075]2)提取出每個環(huán)形槽加工區(qū)域中的底面，根據(jù)凸臺高度將底面沿機匣徑向向外偏移，得到對應(yīng)高度的偏移面TOPi。
[0076]3)用得到的偏移面將加工區(qū)域進行徑向劃分，得到每層加工區(qū)域，以偏移面作為每層加工區(qū)域的頂面，以低一層的頂面作為本層加工區(qū)域的底面，最底層的底面為環(huán)形槽
。
[0077]3、刀具及加工參數(shù)的選擇，確定刀具、余量、切寬、切深、徑向分層、進給速度等加工參數(shù)
[0078]I)通過對加工材料信息及加工區(qū)域的綜合分析，并根據(jù)刀具庫中刀具類型，選用長徑比合適的幾種刀具供工程人員選用；
[0079]2)在提取選用的加工刀具信息后，經(jīng)過分析，結(jié)合環(huán)形槽加工的經(jīng)驗值，自動設(shè)定切深和切寬值，主軸轉(zhuǎn)速及進給速度等設(shè)置均從切削參數(shù)庫中提取，同時支持工程人員調(diào)
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[0080]4、基于刀具對加工區(qū)域二次劃分，由于在環(huán)形槽內(nèi)部存在凸臺結(jié)構(gòu)，考慮到刀具的可切削區(qū)域情況，對于刀具直徑大于廣義側(cè)面間最短距離的情況需要將原加工區(qū)域劃分為子區(qū)域，分別進行加工
[0081]具體實現(xiàn)方法如下:
[0082]I)遍歷徑向區(qū)域劃分后每層區(qū)域的特征面列提取出所有凸臺側(cè)面(即與本層底面內(nèi)環(huán)呈凹連接的面)存入Bs中；
[0083]2)依次找到Bs中每個側(cè)面與本層中所有廣義側(cè)面的最短距離dmin，如果最短距離dmin〈(D+2S)其中D為刀具直徑，δ為加工余量，將該凸臺側(cè)面存入Bsm中，并將與該側(cè)面距離最近的廣義側(cè)面存入Gs中；
[0084]3)依次找到Bsm中每個側(cè)面與對應(yīng)的Gs中的廣義側(cè)面間最短距離的位置記為Pm與Pei，連接PBi與Pei得到直線Li，并將Li沿機匣徑向向外偏移5mm得到Li'然后得到L/的中點記為Pmi，如圖5所示；
[0085]4)以PB1、Pei及Pmi三點構(gòu)造平面Fi,然后將Fi進行左右偏移直到與兩側(cè)面的交線最近距離大于D+2 δ得到Fa與FiK，如圖5所示，并用Fa與FiK將對應(yīng)的Bsm與Gs及所在的區(qū)域底面與進行分割。
[0086]5)將Fa與？11；間的側(cè)面與本層區(qū)域底面和頂面存入TF，并將特征列表中對應(yīng)面替換為分割后(去除TF后)保留的面。
[0087]6)將新的特征列表重新組合構(gòu)建新的加工區(qū)域，然后重復(fù)上述5個步驟，直到得到的加工區(qū)域中dmin都大于D+2S，得到的即為劃分后的加工區(qū)域，劃分后未加工的狹窄區(qū)域根據(jù)凸臺間的最小距離選擇合適的刀具進行粗加工。
[0088]5、自動生成粗加工刀軌，根據(jù)切寬參數(shù)在加工區(qū)域的頂面與底面生成驅(qū)動線，從而得到粗加工刀軌，具體的實現(xiàn)方法如下:
[0089]I)提取每個加工區(qū)域的底面與頂面，得到底面和頂面沿回轉(zhuǎn)軸方向的最長距離Dis，即過回轉(zhuǎn)軸線的面與底面的交線和過回轉(zhuǎn)軸線的面與頂面交線中最長的交線的長度，計算N= (Dis-D-2*S)/C其中C為切寬，D為刀具直徑，δ為加工余量，N表示加工刀數(shù)即刀軌行數(shù)，N向上取整后N = N+1，然后將L兩端分別預(yù)留出(D/2+δ)后等分為(N-1)段，并將每段端點保存在Pn中，以機匣回轉(zhuǎn)軸為中心軸將P中的點Pi在其所在面旋轉(zhuǎn)掃略得到一條驅(qū)動線Din,如圖6所示；
[0090]2)在另一面找到對應(yīng)的L’，然后將L’兩端分別預(yù)留出(D/2+ δ )后等分為(N_l)段，并將每段端點保存在P’中，以機匣回轉(zhuǎn)軸為中心軸將P’中的點P’i在其所在面旋轉(zhuǎn)掃略得到另一條驅(qū)動線D’ η如圖6所示，根據(jù)兩條驅(qū)動線構(gòu)建多截面曲面即刀軸面；
[0091]3)將加工區(qū)域根據(jù)切深進行徑向分層，將底面的驅(qū)動線作為最底層的下驅(qū)動線，如圖6中的D’η，將D’^在刀軸面內(nèi)沿徑向以徑向切深為偏移距離向上偏移得到最底層的上驅(qū)動線D η，并以此為下一層的下驅(qū)動線并同樣偏移得到下一層的上驅(qū)動線，直到得到所有層的上下驅(qū)動線Dij及D’ u (其中j表示的為底j層驅(qū)動)，并以每層的上下驅(qū)動線為驅(qū)動，以驅(qū)動線所在的面為刀軸面，生成本層粗加工刀軌。
[0092]4)進退刀設(shè)置
[0093]①進刀設(shè)置，針對每條刀軌，連接其上下驅(qū)動線的起點得到初始刀軸線TF，得到刀軌在起點處的切線Lt，并將起始點沿切線方向進行偏移，直到平移點距離本刀軌上驅(qū)動線距離為預(yù)設(shè)高度，以Lt作為下進刀驅(qū)動線，并按同樣方法在上驅(qū)動線起始點處構(gòu)建與下進刀驅(qū)動線同樣長短的上進刀驅(qū)動線Lt’，連接Lt’與Lt的終點得到TF’，并以此為進刀方向，并將其下端點沿進刀反方向平移到安全平面，得到平移點和下進刀驅(qū)動線端點的連接線L,，將連接線及上下進刀驅(qū)動線作為此刀軌的進刀驅(qū)動。如圖7左圖所示。
[0094]②退刀設(shè)置，針對每條刀軌，分別提取上下驅(qū)動線終點，連接下驅(qū)動線終點到上驅(qū)動線終點得到TL，作為退刀方向，將下驅(qū)動線終點沿自身延長線Le向上平移到安全平面，連接平移點和下驅(qū)動線端點，作為退刀驅(qū)動，完成該刀軌的退刀設(shè)置，如圖7右圖所示。
[0095]6、根據(jù)加工方案進行刀軌排序，具體實現(xiàn)方法如下:
[0096]在機匣環(huán)形槽加工有兩種加工方案環(huán)形層銑及單區(qū)域銑，如圖8所示(左圖為環(huán)形層銑，右圖為單區(qū)域銑)，根據(jù)機匣加工精度要求及對機匣加工過程中的變形分析決定選擇環(huán)形層銑還是單區(qū)域銑。默認采用環(huán)形層銑，實際加工中工程人員可根據(jù)實際需求選擇。
[0097]I)環(huán)形層銑刀軌排序
[0098]①將待加工層的環(huán)形槽以分層最多的槽作為第一個槽后按照順時針方向進行排序，每個環(huán)形槽記為Ck (其中k表示的為沿順時針方向的第k個環(huán)形槽)；
[0099]②提取出每個環(huán)形槽的所有刀軌，并將刀軌根據(jù)分層情況進行劃分，將同一層的刀軌存入Ti (其中i表示的為由外向內(nèi)的第i層)，如圖9左圖所示；
[0100]③將Ti中的刀軌沿著環(huán)形槽軸向方向從上到下進行排序，將同一高度的刀軌記為Tu (其中j表示的為第i層刀軌的第j行刀軌)，如圖9中右圖所示。并將Tu中的刀軌順時針排序；
[0101]④以C1為起始槽，提取Ck.T11作為起始刀軌以Ck的T11作為第k條刀軌將所有環(huán)形槽的Tll進行排序，重復(fù)上述步驟實現(xiàn)所有Tlj的排序，重復(fù)上述步驟實現(xiàn)所有Tij的排序，具體流程圖如圖10。
[0102]2)單區(qū)域銑刀軌排序
[0103]①提取待加工的所有環(huán)形槽，然后按照順時針方向?qū)⑺协h(huán)形槽進行排序，然后將每個槽的加工區(qū)域，沿徑向從外到內(nèi)進行排序，徑向同一高度的加工區(qū)域順時針排序，得到加工區(qū)域的整體排序，每個加工區(qū)域記為Ak (其中k表示的為第k個加工區(qū)域)；
[0104]②提取出每個加工區(qū)域的所有刀軌，并將刀軌根據(jù)分層情況進行劃分，將同一層的刀軌存入T’ i (其中i表示的為由外向內(nèi)的第i層)；
[0105]③將Ti中的刀軌沿著環(huán)形槽軸向方向從上到下進行排序，將同一高度的刀軌記為T’ u (其中j表示的為第i層刀軌的第j行刀軌)。并將T’ ,J中的刀軌順時針排序；
[0106]④以A1為起始加工區(qū)域，提取AJ’ n作為起始刀軌以AJ’ lk作為第k條刀軌將本加工區(qū)域的第一層刀軌進行排序，重復(fù)上述步驟實現(xiàn)本加工區(qū)域所有層刀軌的排序，重復(fù)上述步驟實現(xiàn)所有加工區(qū)域的刀軌排序，具體流程圖如圖11:
[0107]作為本發(fā)明基礎(chǔ)的“航空發(fā)動機機匣特征識別方法”如圖13所示，也可參見中國專利201410188103.5。具體步驟包括:
[0108]步驟1:分析航空發(fā)動機機匣結(jié)構(gòu)特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型；
[0109]步驟2:對機匣零件進行預(yù)設(shè)置并提取零件所有面、邊信息；
[0110]步驟3:基于種子面、分型面及拓展規(guī)則進行面搜索，構(gòu)建機匣環(huán)形槽特征和凸臺特征；
[0111]步驟4:提取機匣環(huán)形槽特征的所有信息，得到特征識別結(jié)果，存入XML文件。
[0112]所述的分析航空發(fā)動機機匣結(jié)構(gòu)特點，定義滿足機匣銑削加工要求的環(huán)形槽特征和凸臺特征類型是指:
[0113]通過分析機匣結(jié)構(gòu)特點和加工特性，將機匣加工特征定義為環(huán)形槽特征和凸臺特征的組合，其中環(huán)形槽特征包含頂面、側(cè)面、底角面和底面，且底面上長有周向分布的凸臺特征，其中每個凸臺特征又包含頂面、側(cè)面、底角面和底面。
[0114]所述的對機匣零件進行預(yù)設(shè)置并提取零件所有面、邊信息是指:
[0115]預(yù)設(shè)置包含設(shè)定加工坐標系和選定分型面，規(guī)定將Z軸選為機匣回轉(zhuǎn)軸線方向，X、Y軸不作限定；分型面選擇與Z軸垂直且法向平行Z軸的最低平面；其中零件的面、邊信息包含面、邊的幾何信息及面、邊與其相鄰幾何元素的連接關(guān)系。
[0116]所述的種子面為基于拓展規(guī)則進行特征構(gòu)建的初始值，環(huán)形槽特征的種子面為機匣零件上的錐面、柱面及環(huán)形曲面；凸臺特征的種子面為環(huán)形槽特征的底面列。
[0117]所述的構(gòu)建機匣環(huán)形槽特征時，首先根據(jù)機匣種子面依據(jù)底面拓展規(guī)則得到正確的環(huán)形槽底面；再根據(jù)底面依據(jù)底角面拓展規(guī)則得到正確的底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側(cè)面拓展規(guī)則獲得正確的側(cè)面；最后根據(jù)側(cè)面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的頂面。
[0118]所述的構(gòu)建機匣凸臺特征時，首先根據(jù)凸臺種子面(即凸臺的底面)依據(jù)凸臺底角面拓展規(guī)則得到正確的凸臺底角面；再根據(jù)底角面依據(jù)側(cè)面拓展規(guī)則獲得正確的凸臺側(cè)面；最后根據(jù)側(cè)面依據(jù)頂面拓展規(guī)則得到正確的凸臺頂面。
[0119]機匣環(huán)形槽特征的所有信息按頂面、側(cè)面、底角面、底面、凸臺的順序存入XML文件，其中每個凸臺特征包含凸臺頂面、側(cè)面、底角面和底面。
[0120]本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種機匣環(huán)形槽銑削粗加工軌跡自動生成方法，其特征是首先進行機匣特征識別或讀取機匣環(huán)形槽特征結(jié)果，然后根據(jù)加工資源庫中的數(shù)據(jù)，得到環(huán)形槽銑削加工工藝信息，并進行加工區(qū)域劃分，最后自動生成環(huán)形槽銑削粗加工刀軌并排序。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于它包括以下步驟: 步驟1:在CAM環(huán)境下，通過自動讀取特征識別結(jié)果或手動選擇機匣環(huán)形槽的方法得到待加工的環(huán)形槽特征面列，得到環(huán)形槽初始加工區(qū)域； 步驟2:基于凸臺高度進行加工區(qū)域徑向劃分，根據(jù)環(huán)形槽深度及環(huán)形槽內(nèi)部凸臺的高度將環(huán)形槽加工區(qū)域進行徑向劃分； 步驟3:選擇刀具及加工參數(shù)； 步驟4:基于刀具對加工區(qū)域進行二次劃分，由于在環(huán)形槽內(nèi)部存在凸臺結(jié)構(gòu)，考慮到刀具的可切削區(qū)域情況，對于刀具直徑大于廣義側(cè)面間最短距離的情況，需要將原加工區(qū)域劃分為多個子區(qū)域，分別進行加工； 步驟5:自動生成粗加工刀軌，根據(jù)加工參數(shù)在加工區(qū)域內(nèi)生成驅(qū)動線及刀軸面，從而得到粗加工刀軌； 步驟6:刀軌排序，根據(jù)選擇的加工方案將生成的粗加工刀軌進行排序，得到最終加工刀軌。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的待加工的環(huán)形槽特征面列主要包含兩類:環(huán)形槽的特征及環(huán)形槽內(nèi)凸臺的特征信息，通過自動和手動兩種方式獲得環(huán)形槽特征面列，從而得到環(huán)形槽初始加工區(qū)域； 1)自動獲得環(huán)形槽特征面列:通過讀取機匣特征識別結(jié)果，自動從特征識別結(jié)果文件中提取出所需環(huán)形槽的底面、側(cè)面與頂面及環(huán)形槽內(nèi)凸臺的側(cè)面與頂面信息，以得到的環(huán)形槽側(cè)面及凸臺側(cè)面為廣義側(cè)面，以得到的環(huán)形槽頂面與凸臺頂面為廣義頂面，如果環(huán)形槽底面不只一個面，則在相鄰底面連接處以連接線為母線，沿著機匣徑向拉伸一個垂直于機匣回轉(zhuǎn)軸的輔助面，并添加為環(huán)形槽的廣義側(cè)面，得到的面列構(gòu)成了環(huán)形槽初始加工區(qū)域； 2)手動獲得環(huán)形槽特征面列:通過人工點選環(huán)形槽的底面，并以環(huán)形槽底面外環(huán)尋找與底面成凹連接的面，即環(huán)形槽的側(cè)面，以環(huán)形槽底面內(nèi)環(huán)尋找與底面成凹連接的面，即環(huán)形槽內(nèi)部凸臺側(cè)面，然后以環(huán)形槽側(cè)面搜索得到環(huán)形槽的頂面，以凸臺側(cè)面搜索得到凸臺的頂面，以得到的環(huán)形槽側(cè)面及凸臺側(cè)面為廣義側(cè)面，以得到的環(huán)形槽頂面與凸臺頂面為廣義頂面，如果環(huán)形槽底面不只一個面，則在相鄰底面連接處以連接線為母線，沿著機匣徑向拉伸一個垂直于機匣回轉(zhuǎn)軸的輔助面，并添加為環(huán)形槽的廣義側(cè)面，得到的面列構(gòu)成了環(huán)形槽初始加工區(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的根據(jù)環(huán)形槽深度及環(huán)形槽內(nèi)部凸臺的高度將環(huán)形槽加工區(qū)域進行徑向劃分具體方法如下: 1)根據(jù)環(huán)形槽所有廣義頂面與底面間的距離將凸臺由低到高進行排序； 2)提取出每個環(huán)形槽加工區(qū)域中的底面，根據(jù)凸臺高度將底面沿機匣徑向向外偏移，得到對應(yīng)高度的偏移面； 3)用得到的偏移面將加工區(qū)域進行徑向劃分，得到每層加工區(qū)域，以偏移面作為每層加工區(qū)域的頂面，以低一層的頂面作為本層加工區(qū)域的底面，最底層的底面為環(huán)形槽底面。
5.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的刀具及加工參數(shù)包括刀具、切削余量、切寬、切深和進給速度，具體選擇方法如下: 1)通過對加工材料信息及加工區(qū)域的綜合分析，并根據(jù)刀具庫中刀具類型，選用長徑比合適的幾種刀具供工程人員選用； 2)在提取選用的加工刀具信息后，經(jīng)過分析，結(jié)合環(huán)形槽加工的經(jīng)驗值，自動設(shè)定切深和切寬值，主軸轉(zhuǎn)速及進給速度等設(shè)置均從切削參數(shù)庫中提取，同時支持工程人員調(diào)整。
6.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的基于刀具對加工區(qū)域二次劃分是指由于在環(huán)形槽內(nèi)部存在凸臺結(jié)構(gòu)，考慮到刀具的可切削區(qū)域情況，對于刀具直徑大于廣義側(cè)面間最短距離的情況需要將原加工區(qū)域劃分為多個子區(qū)域，分別進行加工，具體過程如下: 1)遍歷徑向區(qū)域劃分后每層區(qū)域的特征面列，提取出所有凸臺側(cè)面； 2)找到每個側(cè)面與本層區(qū)域中除本身外所有廣義側(cè)面的最短距離，如果最短距離小于(D+2 δ )，其中D為刀具直徑，δ為加工余量，則將該側(cè)面與對應(yīng)的廣義側(cè)面存入相應(yīng)的列表; 3)提取得到的列表中每個側(cè)面與對應(yīng)的廣義側(cè)面，得到兩側(cè)面最短距離的對應(yīng)點，連接兩點得到最短距離直線，并將最短距離直線沿機匣徑向向外偏移得到偏移直線，然后得到偏移直線的中點； 4)以最短距離線兩端點及偏移線的中點三點構(gòu)造最短距離平面，然后將得到的平面左右偏移，直到與兩側(cè)面的交線最近距離大于D+2 δ，得到左右偏移面，并用左右偏移面將所在的區(qū)域底面與進行分割； 5)用分割后的面替換對應(yīng)的特征面列中的面，并將左右偏移面添加到特征面列的廣義側(cè)面中； 6)重復(fù)上述5個步驟，得到劃分后的最終加工區(qū)域，劃分后未加工的狹窄區(qū)域根據(jù)凸臺間的最小距離選擇合適的刀具進行粗加工。
7.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的根據(jù)切寬參數(shù)在加工區(qū)域的頂面與底面生成驅(qū)動線，從而得到粗加工刀軌的具體方法如下: 1)提取每個加工區(qū)域的底面與頂面，得到底面和頂面沿回轉(zhuǎn)軸方向的最長距離，即得到過回轉(zhuǎn)軸線的面與底面、頂面的交線中的最長的交線，根據(jù)切寬，將得到的交線兩邊預(yù)留加工余量后等分，得到刀軌行數(shù)，并將等分點以機匣回轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸在所在面旋轉(zhuǎn)掃略得到驅(qū)動線； 2)將另一面中對應(yīng)的交線兩邊預(yù)留加工余量，然后根據(jù)行數(shù)等分，將得到等分點以機匣回轉(zhuǎn)軸為旋轉(zhuǎn)軸在所在面旋轉(zhuǎn)掃略得到驅(qū)動線，根據(jù)兩條驅(qū)動線構(gòu)建多截面曲面即刀軸面； 3)將加工區(qū)域根據(jù)切深進行徑向分層，將底面的驅(qū)動線作為最底層的下驅(qū)動線，并將其在刀軸面沿徑向以徑向切深為偏移距離向上偏移得到最底層的上驅(qū)動線，并以此為下一層的下驅(qū)動線，重復(fù)上述步驟偏移得到每一層的上下驅(qū)動線，并以每層的上下驅(qū)動線為驅(qū)動，以驅(qū)動線所在的面為刀軸面，生成本層粗加工刀軌。 4)進退刀設(shè)置； ①進刀設(shè)置，針對每條刀軌，得到下驅(qū)動線起點，提取刀軌在起點處的切線方向，并將起始點沿切線方向進行偏移，直到平移點距離本刀軌上驅(qū)動線距離為預(yù)設(shè)高度，以刀軌起始點和平移點為兩端點構(gòu)建直線，作為下進刀驅(qū)動線，并按同樣方法在上驅(qū)動線起始點處構(gòu)建與下進刀驅(qū)動線同樣長短的上進刀驅(qū)動線，連接上進刀驅(qū)動線終點與下進刀驅(qū)動線終點，作為進刀方向，將下進刀驅(qū)動線終點沿進刀反方向平移到安全平面，得到平移點和下進刀驅(qū)動線端點的連接線，將連接線及上下進刀驅(qū)動線作為此刀軌的進刀驅(qū)動； ②退刀設(shè)置，針對每條刀軌，分別提取上下驅(qū)動線終點，連接下驅(qū)動線終點與上驅(qū)動線終點，作為退刀方向，將下驅(qū)動線終點沿退刀方向平移到安全平面，連接平移點和下驅(qū)動線端點，作為退刀驅(qū)動。
8.如權(quán)利要求2所述方法，其特征是所述的根據(jù)加工方案進行刀軌排序的方法如下: 在機匣環(huán)形槽加工有兩種加工方案環(huán)形層銑及單區(qū)域銑，根據(jù)機匣加工質(zhì)量要求及對機匣加工過程中的變形分析決定選擇環(huán)形層銑還是單區(qū)域銑；默認采用環(huán)形層銑，實際加工中工程人員可根據(jù)實際需求選擇； 1)環(huán)形層銑刀軌排序； ①將待加工的環(huán)形槽以分層最多的槽作為第一個槽，然后按照順時針方向?qū)⑺胁圻M行排序； ②提取出每個環(huán)形槽的所有刀軌，并將刀軌根據(jù)徑向分層進行劃分，將相同層的刀軌存入同一列表； ③將每層刀軌列表中的刀軌沿著環(huán)形槽軸向從上到下進行排序，得到多行刀軌，并將同一行的刀軌順時針排序； ④以第一個槽為起始槽，將所有槽最外層刀軌第一行刀軌順時針排序，然后將所有槽最外層刀軌第二行刀軌順時針排序，重復(fù)上述步驟完成所有槽第一層刀軌排序，同理完成所有槽的每一層刀軌排序； 2)單區(qū)域銑刀軌排序； ①提取待加工的所有環(huán)形槽，然后按照順時針方向?qū)⑺协h(huán)形槽進行排序，然后將每個槽的加工區(qū)域，沿徑向從外到內(nèi)進行排序，徑向同一高度的加工區(qū)域順時針排序； ②提取出每個加工區(qū)域的所有刀軌，并將刀軌根據(jù)徑向分層情況進行劃分，將同一層的刀軌存入同一列表； ③將每層刀軌列表中的刀軌沿著機匣軸向從上到下進行排序，并將同一高度的刀軌順時針排序，然后將本加工區(qū)域的所有層刀軌沿徑向由外向內(nèi)排序； ④以任意環(huán)形槽為起始加工槽，將其所有加工區(qū)域刀軌按照加工區(qū)域順序進行排序，重復(fù)上述步驟實現(xiàn)所有環(huán)形槽的刀軌排序。
【文檔編號】G05B19/4097GK104267669SQ201410475780
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月17日
【發(fā)明者】李迎光, 郝小忠, 李志翔, 馬斯博, 劉旭 申請人:南京航空航天大學