[发明专利]飞机结构件智能数控加工编程系统及方法

摘要

飞机结构件智能数控加工编程系统及方法，该系统以现有CAD/CAM系统为平台，包括模型检测、工艺方案自动生成、工艺资源与知识库管理、自动编程子系统、数控程序智能优化等五大模块。该系统建立在三维模型基础上，较系统和准确地体现并支持飞机结构件数控加工编程的专业化流程，可大量减少工艺准备及编程过程中所需的人机交互操作，有效解决基于通用平台和人工经验的交互式编程导致的程序不稳定、编程周期长等问题，能显著提高数控加工准备和编程的效率与质量，提升CAD/CAM系统的专业化和智能化水平。

主权项

飞机结构件智能数控加工编程系统，该系统以CAD/CAM系统为平台，包括工艺资源与知识库管理模块及自动编程子系统，其特征在于：系统还包括模型检测模块、工艺方案自动生成模块、及数控程序智能优化模块；所述的模型检测模块，负责对零件模型进行自动化检测，具体包括：（1）零件模型设计错误；（2）标注信息不完整；（3）结构工艺性不足；实现对零件模型正确性、工艺性的自动审查；根据审查结果，提示问题的类型、位置及修改的方法，并且针对一些常见错误进行自动修改；所述的工艺方案自动生成模块，为实现工艺过程驱动的数控程序自动生成提供宏观的工艺方案，其中工艺方案采用多叉树表示，包括零件、机床、工位、工序、工步、程序、刀具、特征八级节点，可以描述宏观的加工工艺过程；通过工艺方案自动生成模块建立工艺方案模板库，对现有的飞机结构件进行分类并总结结构件的一般工艺流程，针对每类典型结构件建立了加工方案模板，包括机床、工位、工序、工步；然后，基于加工特征的制造资源选取方法选取机床、刀具、工装资源，并与加工方案模板相融合，自动生成飞机结构件的数控加工工艺方案；所述的数控程序智能优化模块负责对智能编程过程中选取的资源、安排的加工顺序等进行优化，具体为：（1）刀具选取优化：采用基于切削体积比的粗加工刀具选取方法，根据给定的刀具库列表，从刀具库中依次按照直径大小计算结构件中每把刀具可切削的槽腔加工区域体积，当存在一把刀具可切削的体积大于80%的待加工区域体积，则认为该把刀具为合适的粗加工刀具；另外， 以最短加工时间为优化目标，对转角加工和侧壁精加工刀具进行优化，对符合条件的转角加工特征和侧壁内外形加工选取多种刀具方案进行加工，通过计算不同方案下刀具的加工时间确定转角特征和侧壁内外形加工特征的刀具，实现转角特征和侧壁精加工刀具的优化选取；（2）粗加工分层优化：针对飞机结构件中的多下陷结构，以实现分层粗加工时间最少为前提，保证在粗加工后每个槽腔特征的底部腹板可采用精加工腹板刀具一刀完成加工的前提下，采用遗传算法对分层面进行智能优化，实现粗加工分层面的最少；（3）加工单元路径优化：分宏观层和刀具层两个层面进行优化；在宏观层，根据工艺方案描述的工艺过程，将所有的数控加工单元按照宏观的工艺过程，包括机床、工位、工序、工步及刀具，进行自动排序；在刀具层，对每把刀具关联的加工单元进行四级分组，首先将刀具关联的加工单元按照工步类型的不同分成多个二级单元组（包括两种类型：补加工单元组和目标加工单元组，其中补加工单元组在当前工步下对之前工步的补加工单元集，而目标加工单元则是当前工步指定要加工的单元集），并将补加工单元组先于目标加工单元组进行加工；其次，将补加工单元组根据加工单元所在工步的类型对其进行再次分组，形成三级单元组，并按照工艺流程顺序对这些三级单元组进行依次排序；再有，对三级单元组进行自上而下的整体分层排序，形成四级单元组；最后，以加工路径最短为优化目标，对四级单元组内的加工单元采用模拟退火算法进行路径优化排序，实现四级单元组内加工路径的优化。