零件加工方法与装置与流程

本申请实施例涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种用于零件加工方法与装置。

背景技术：

机械加工过程，尤其是铣削加工过程，是一个涉及机床、夹具、刀具、工件等多组件耦合的复杂多变过程。对于某些零件，如：钛合金飞机结构件，由于其结构的薄壁、大尺寸、复杂形状等特点，在加工过程显示出很强的时变性，时变性表现如：工件不同加工位置刚度变化大，刀具磨损快等。此外，由于加工工序多，不同的加工工序具有不同的加工要求，例如：对于粗加工过程，更加追求加工效率，而对于精加工过程，更加追求加工质量，因此需要对零件整个加工过程进行监测并利用监测信号对加工过程进行优化。

通常为了提高零件加工水平，采用多种传感器对零件的加工过程进行监测。由于多种传感器采集的数据种类多、数据量大、可视性差，使得加工过程中存在利用监测信号对加工过程进行优化比较困难的问题。

技术实现要素：

本申请实施例提供一种零件加工方法与装置，用于解决现有技术中加工过程中存在利用监测信号对加工过程进行优化比较困难的问题。

第一方面，本申请实施例提供一种零件加工方法，包括：

获取零件加工过程中的监测信号；

建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系；

当所述监测信号超过阈值时，根据所述映射关系确定所述监测信号超过所述阈值时对应的所述零件的表面加工位置；以及

根据所述监测信号，对所述零件的表面加工位置处的加工过程进行优化。

根据第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系，包括：

获取所述零件加工过程中的机床坐标；以及

根据所述机床坐标建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系。

根据第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述根据所述机床坐标建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系，包括：

根据所述机床坐标与所述监测信号的时间对应关系、所述机床坐标与所述零件加工过程中加工配置文件的对应关系、所述加工配置文件与所述零件的表面加工位置的对应关系，建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系。

根据第一方面的第二种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述加工配置文件为刀轨源文件。

根据第一方面，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述监测信号，包括以下中的至少一项：切削力信号、振动信号、以及机床主轴功率信号。

根据第一方面的第四种可能的实现方式，在第一方面的第五种可能的实现方式中，所述切削力信号、与所述振动信号、以及所述机床主轴功率信号的采样率一致。

根据第一方面，在第一方面的第六种可能的实现方式中，所述零件加工方法，还包括：

显示所述零件的三维模型；以及

显示所述监测信号的色彩点云图。

根据第一方面，在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述根据所述监测信号，对所述零件的表面加工位置处的加工过程进行优化，包括：

根据所述监测信号，对所述零件的表面加工位置处的切削进给速度进行优化。

根据第一方面的第七种可能的实现方式，在第一方面的第八种可能的实现方式中，所述根据所述监测信号，对所述零件的表面加工位置处的切削进给速度进行优化，包括：

按照所述监测信号与所述阈值的百分比来调整所述切削进给速度。

第二方面，本申请实施例提供一种零件加工装置，包括：

处理器，以及

存储器，用于存储所述处理器可读的程序指令；

当所述处理器执行所述程序指令时，执行如第一方面以及第一方面的第一至第八种可能的实现方式中的任一项所述的零件加工方法。

本申请实施例提供的零件加工方法与装置，通过建立零件加工过程中的监测信号(通常为时域参数)与零件的加工表面位置的映射关系，使得根据映射关系，可以直观地确定待优化的监测信号对应的零件的加工表面位置，从而更容易实施对加工过程进行优化。

下面结合附图和具体实施方式对本申请作详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本申请实施例的零件加工方法的流程图；

图2为根据本申请实施例的监测信号与零件加工位置的时空映射模型图；

图3为根据本申请实施例的监测信号云图的示意图；

图4为根据本申请实施例的零件的三维模型与监测信号云图的示意图；

图5为根据本申请另一个实施例的零件加工方法的流程图；以及

图6是根据本申请实施例的零件加工装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况，其中a,b可以是单数或者复数。

图1为根据本申请实施例的零件加工方法的流程图，如图1所示，该方法零件加工方法包括以下步骤101至步骤104。

步骤101：获取零件加工过程中的监测信号。

在一个实施例中，所述监测信号，包括以下中的至少一项：切削力信号、振动信号、以及机床主轴功率信号。

零件加工过程中的切削力信号和振动信号可以通过测力仪和加速度计分别获取，零件加工过程中的机床主轴功率信号，可以通过数控系统内部数据接口读取。

在一个实施例中，可以通过例如kistler9123c旋转测力仪和粘贴在零件表面的例如dytran3225f1加速度计分别获取零件加工过程中的切削力信号和振动信号，同时可以通过例如siemens840d数控系统内部数据接口动态读取零件加工过程中机床主轴功率信号。

在一个实施例中，所述切削力信号、与所述振动信号、以及所述机床主轴功率信号的采样率一致。

对于零件加工过程中的切削力信号、振动信号和主轴功率信号，它们各自的采样率可能不同，导致采集的信号点数不同。可以以其中一个信号的采样率为基准，通过线性插值和抽样的方式统一它们的采样率。对于采样率比基准高的信号，可以采用抽样的方式来采集信号；对于采样率比基准低的信号，可以采用线性插值的方式来采集信号，从而使各个信号的采样率一致，同时保证采集的信号点数一致，这样有利于存储采集的信号，同时节省存储空间。

步骤102：建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系。

在一个实施例中，步骤102可以包括：获取所述零件加工过程中的机床坐标；以及根据所述机床坐标建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系。

在一个实施例中，还可以通过数控系统内部数据接口，读取零件加工过程中的机床坐标，例如通过siemens840d数控系统内部数据接口动态读取零件加工过程中的机床坐标。

在一个实施例中，所述根据所述机床坐标建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系，可以包括：

根据所述机床坐标与所述监测信号的时间对应关系、所述机床坐标与所述零件加工过程中加工配置文件的对应关系、所述加工配置文件与所述零件的表面加工位置的对应关系，建立所述监测信号与所述零件的表面加工位置的映射关系，其中所述加工配置文件可以为刀轨源文件。

在一个实施例中，可以通过建立如图2所示的监测信号与零件的加工表面位置的时空映射模型进行映射：对于零件模型，通过计算机辅助制造软件(cam)编制加工配置信息，如刀轨配置信息，并得到加工配置文件，如刀轨源(cls)文件(通常简称刀轨文件)，cls文件通过后置处理得到数控系统代码，如g代码。g代码通过机床执行生成机床的运动坐标，简称机床坐标。对于某一时刻t采集的监测信号，通过数控系统记录的数控系统内部数据，通过时间对应，可以找到该时刻t对应的机床坐标。该机床坐标对应于g代码中某一行，g代码中某一行又与cls文件某一行对应。cls文件中的某一行又与零件的加工表面位置对应，以及可以通过cls文件中的某一行查找到对应的零件的加工表面位置，从而建立采集的监测信号与零件的表面加工位置的时空映射关系。

也就是说，通过机床坐标与监测信号在时间上的对应关系，可以根据某一时刻t处的监测信号，确定对应的机床坐标，然后根据机床坐标与g代码行的对应关系，确定某一时刻t处的监测信号对应的g代码的行，接着根据g代码行与cls文件行的对应关系，确定某一时刻t处的监测信号对应的cls文件行，最后根据cls文件行与零件的加工表面位置的对应关系，确定某一时刻t处的监测信号对应的零件的加工表面位置。

应该注意的是，本领域技术人员可以理解，上述加工配置信息包括但不限于刀轨配置信息，加工配置文件包括但不限于cls文件。

步骤103：当所述监测信号超过阈值时，根据所述映射关系确定所述监测信号超过所述阈值时对应的所述零件的表面加工位置。

在一个实施例中，可以通过确定监测信号是否超过阈值，来判断是否需要对某一时刻t处的监测信号对应的零件的加工表面位置的加工来进行优化。

当存在多余一种监测信号时，可以选择其中一种监测信号为优化指标。在一个实施例中，可以设置监测信号对应的阈值，可以根据某一时刻监测信号与阈值的关系来确定是否需要对该时刻监测信号对应的零件的加工表面位置的加工来进行优化。

在一个实施例中，当所述监测信号超过阈值时，根据前述确定的映射关系来确定所述监测信号超过所述阈值时对应的所述零件的表面加工位置。在一个实施例中，当不止一个时刻的监测信号超过阈值时，还可以确定所述监测信号超过所述阈值时对应的所有的所述零件的表面加工位置。

步骤104：根据所述监测信号，对所述零件的表面加工位置处的加工过程进行优化。

在一个实施例中，对于监测信号超过阈值处，可以根据所述监测信号，对所述零件的表面加工位置处的切削进给速度进行优化。其中，对于监测信号超过阈值处，可以按照所述监测信号与所述阈值的百分比来调整所述切削进给速度。

在一个实施例中，当某一时刻，监测信号与阈值的百分比为例如110％时，则可以按照该百分比，将切削进给速度降低相应的百分比，来对监测信号与阈值的百分比为例如110％时对应的零件的加工表面位置处的加工过程进行优化。当某一个时刻，监测信号与阈值的百分比为例如108％时，则可以按照该百分比，将切削进给速度降低相应的百分比，来对监测信号与阈值的百分比为例如108％时对应的零件的加工表面位置处的加工过程进行优化。

在一个实施例中，还可以选择多种信号的加权值作为优化指标。

应注意，本申请实施例中的监测信号与阈值的百分比，包括但不限于上述具体的百分比，本申请实施例确定监测信号与阈值的百分比，包括但不限于上述实施方式。

本申请实施例提供的零件加工方法与装置，通过建立零件加工过程中的监测信号(通常为时域参数)与零件的加工表面位置的映射关系，使得根据映射关系，可以直观地确定待优化的监测信号对应的零件的加工表面位置，从而更容易实施对加工过程进行优化。

下面参考图3-图5，对根据本申请实施例的另一个零件加工方法流程图进行描述。该实施例，在图1实施例的基础上，进一步增加了以图形形式显示所述零件和监测信号。

图3为根据本申请实施例的监测信号的云图的示意图。如图3所示，对于映射到零件的表面加工位置的切削力信号、振动信号、主轴功率信号，可以采用编制的专用于铣削加工过程的时空映射数据显示软件，来显示零件的表面加工位置处的切削力信号、振动信号、主轴功率信号映射后的色彩点云图。在色彩点云图中，不同的切削力信号、振动信号和主轴功率信号的幅值可以采用不同的颜色显示。例如，如图3所示，其中包括两种不同的信号的色彩点云图301和302，其中301和302对应的信号不同，可以是切削力、振动和主轴功率中的一种。在色彩点云图显示多种监测信号时，可以设置监测信号与颜色对应的色彩表，从而可以通过查找色彩表找到某种监测信号对应的颜色。

图4为根据本申请实施例的零件的三维模型与监测信号云图的示意图。如图4所示，其中包括零件的三维模型401，和监测信号色彩点云图402，该监测信号色彩点云图可以是是切削力、振动和主轴功率中的一种。

图5为根据本申请另一个实施例的零件加工方法的流程图，如图5所示，该方法包括步骤至步骤。

步骤501：获取零件加工过程中的监测信号和机床坐标，所述监测信号包括：切削力信号、振动信号、机床主轴功率信号。

具体的，该步骤可以参见上述对图1所示实施例进行的相关描述，此处不再赘述。

步骤502：生成零件的三维模型。

根据待加工的零件，生成零件的三维模型，可以参见相关技术，本申请不再赘述。

步骤503：根据机床坐标，采用时空映射模型，将监测信号映射至零件的三维模型的表面加工位置。

具体的，参见上述对图1所示实施例步骤102以及图2所进行的相关描述，此处不再赘述。

步骤504：显示所述零件的三维模型以及显示所述监测信号的色彩点云图。

可以采用编制的专用于零件加工(如铣削)过程的时空映射数据显示软件，先加载零件的三维模型，再加载映射好的监测信号数据，以点云的方式分别显示加工过程中切削力、振动、功率点云图。点云图中切削力、振动和主轴功率的幅值大小可以以不同颜色显示。

参见对图3和图4所进行的相关描述，此处不再赘述。

步骤505：在监测信号色彩点云图上，选择某种监测信号为优化指标，并设定该优化目标的阀值。其中该阈值可以为上限阈值。

具体的，参见对图3和图4所进行的相关描述，此处不再赘述。

步骤506：根据色彩点云图上所有优化指标超过该阈值的时刻，确定所有优化指标超过该阈值时对应的零件的加工表面位置。

在一个实施例中，针对某一加工工序，根据监测信号的色彩点云图，可以选择某种监测信号为优化指标，设定一个上限阀值。对于整个色彩点云图，找出信号幅值大于上限阀值的零件的加工表面位置，按照信号幅值大于上限阀值的百分比来降低切削进给速度，实现对加工过程的优化。

具体的，参见上述对图1所示实施例步骤103所进行的相关描述，此处不再赘述。

步骤507：根据该优化目标，对所有指标超过该阈值时对应的零件的加工表面位置处的加工过程进行优化。

本申请实施例，通过数控系统内部数据接口读取零件加工过程中的机床坐标，实现了零件加工过程(如铣削过程)中监测的切削力、振动和主轴功率等时域信号与零件表面加工位置的时空对应关系，并用色彩点云图的方式展示出监测信号的幅值大小，解决了零件加工过程中监测的信号数据量大且可视性差的问题，直观地显示出整个零件加工过程中切削力、振动、主轴功率信号的变化情况，并根据监测信号结果与阈值的关系对零件铣削加工过程进行优化，从而降低了对加工过程进行优化的难度。

图6为根据本申请实施例的零件加工装置的结构示意图，如图6所示，该零件加工装置600，包括处理器601，以及存储器602，处理器601和存储器602可以通过总线(如图6中粗实线所示)连接。其中存储器602存储有指令，该指令可以由处理器601执行，以执行图1或图5所示的零件加工方法实施例中的步骤，其实现原理与技术效果类似，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：rom、ram、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本申请还支持包括计算机可执行代码或计算机可执行指令的计算机程序产品，当所述计算机可执行代码或所述计算机可执行指令被执行时，使至少一个计算机执行本文所述的运行和计算步骤，特别是上述方法的步骤。这样的计算机程序产品可以包括可读的非暂时性存储介质，其上存储程序代码以供计算机使用。所述程序代码可以执行这里描述的处理和计算步骤，特别是上述方法。

虽然可能仅参考了若干实施方式中的一个来披露本公开的特定特征或方面，但是可以针对任何给定应用或特定应用，根据需要或有利条件将这样的特征或方面可以与其他实施方式的一个或多个其他特征或方面组合。此外，在具体实施例或权利要求中使用术语“包含”、“具备”、“具有”或其他变体，这些术语旨在为包括性的(inclusive)，类似于“包括”。此外，术语“示例性”、“例如”和“如”仅仅意味着示例，而不是最好的或最优的。可能使用了术语“耦合”和“连接”以及衍生词。应当理解，这些术语可以用于表示两个元件彼此协作或相互作用，而不论它们是否为直接的物理接触或电接触，或它们彼此不直接接触。

尽管本文已说明和描述了特定方面，但本领域的技术人员将明白各种替代和/或等效的实施方式可以用来代替所示出的和所描述的特定方面，而不脱离本公开的范围。本申请旨在涵盖本文所讨论的特定方面的任何调整或变化。

尽管以下权利要求中的元件以相应标记的特定顺序列举，但除非权利要求书中表示了用于实现这些元件的一些或全部元件的特定序列，否则这些元件不一定旨在限于以该特定序列实施。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。