一种风扇叶片的智能制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种风扇叶片的智能制造方法，具体步骤如下：创建加工操作模板集；创建加工资源库；创建加工知识库；在CAM工具中开发新的菜单命令；在CAM工具中指定利用MBD技术创建的叶片作为工具体；查找叶片特征；为所查找到的特征创建加工操作方法，并自动完成刀轨的生成；对所生成的刀轨程序进行后处理；将程序发送至四轴立式铣床进行叶片铣削。该方法的应用使编程人员在日后的编程过程中提高工作效率，避免了对已成熟工艺的重复性操作，便于企业对已成熟工艺的存储，同时也利于对叶片加工质量的有效保证。
【专利说明】—种风扇叶片的智能制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机辅助制造领域，具体的说，是如何快速的完成叶片加工刀轨的创建、刀具选取以及叶片加工过程的实时监控的方法。
【背景技术】
[0002]随着我国航空业的高速发展，其研发、制造等各种模式也均发生着较大的变化，最初在航空业开展“甩图板”工程，将所有图纸以计算机绘图代替，逐步避免了手工绘图的劳动强度大，工作量繁琐等问题。随着3D技术的发展，逐步将三维绘图应用于航空业的设计领域。对于3D技术的应用实现了零件的空间可视化，方便了工作人员对于零件结构的构想。而今，我国逐步发展类似于波音的研发生产模式，在飞机各类结构件以及其他功能件的研发制造过程中采用MBD (Model Based Definition)技术。
[0003]通过对MBD技术的应用使叶片的三维模型并不仅是几何特征的表达，在该模型文件中将叶片的设计信息、制造信息、质量信息和管理信息等各种属性进行全面的表达。而叶片是航空发动机中的重要零部件之一，其质量的好坏将直接影响发动机的寿命及效率。叶片的质量保证一方面取决于设计的合理性，更重要的是取决于加工的质量，因此如何提高编程人员的程序质量至关重要。
[0004]设计人员通过三维建模技术对叶片建模然后通过工艺人员的工艺规划对叶片进行刀轨编制的方式，一方面其重复性劳动量大，效率低下；另一方面，叶片结构特殊，工艺参数不易把握，从而造成加工程序质量的参差不齐，同时叶片长度较大，叶身厚度较小，在加工过程中极易出现扭转变形。
[0005]如今航空业通过对MBD技术的应用，对于如何将叶片三维模型中包含的各类信息应用于加工过程中以及如何有效确保叶片的加工质量具有重要意义。
[0006]通过对叶片的加工知识进行整理，将高质量的加工工艺以加工知识的方式进行存储；并根据叶片三维模型上的加工信息编制合理的加工知识规则，通过加工知识的自动推理，为不同的叶片自动的创建各种加工操作，一方面提高了编程人员的编程效率，另一方面有利于企业对高质量工艺方法的保留以及新人的培训，使新的员工能够在短时间内编制出高质量的程序，从而促进企业的整体发展。
[0007]另外将智能化生成的刀轨程序发送至指定机床，在该机床上装有双机头，机头一和机头二的同步旋转有效避免了叶片在加工过程中的扭转变形，同时在机床上装有传感器，可实时监测叶片的加工过程、适量的程序调整以及部分指令的自动执行，通过此方式有效的保证了叶片的加工质量。
[0008]综上所述，在应用MBD技术的前提下，通过对该方法对叶片进行刀轨的编制一方面实现了编程的智能性，提高工作人员的编程效率，但是在应用该方法应首先创建合适的加工知识库，在该知识库中创建合适的叶片特征识别规则和叶片加工规则，同时在机床上的双机头和传感器可有效保证大尺寸叶片的加工质量。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题在于提供一种风扇叶片的智能制造方法，一方面使在编制叶片加工刀轨过程中，减少了程序员的重复性工作，同时将某些加工参数固化在加工知识库中，有利于程序人员对高质量加工程序的编制，另一方面在加工过程中通过传感器和双机头的应用使叶片的加工质量得到有效保证。
[0010]本发明的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于:
通过在计算机辅助加工工具中定义加工知识库、加工资源库，对通过应用MBD技术创建的叶片模型进行特征识别规则与特征加工规则的编制，通过程序完成对叶片特征的识别与叶片加工工艺的智能创建，然后将程序发送至装有双机头以及传感器的立式四轴铣床进行加工，通过此种方式，一方面使加工的叶片质量得到保证，另一方面，实现加工信息的自动反馈及相关命令的自动执行，从而实现叶片加工程序编制智能化以及叶片加工制造的智能化。
[0011]步骤一:
创建加工操作模板集合。将叶片加工过程中可能用到的加工操作类型以文件的形式定义在特定位置作为加工操作模板集。通过对风扇叶片的操作类型进行归纳总结，整理出其所需要的各种加工操作类型，例如:型腔铣、固定轴轮廓铣、可变轴轮廓铣等操作类型，以文件模板的形式定义在已安装的计算机辅助加工工具特定安装路径下，此路径为计算机的存储路径，对于该路径的定义可参考已安装的计算机辅助加工工具的所在位置进行定义。将包含各种加工操作类型的文件放置在该路径下以便于在后续使用中进行调用。加工操作模板集即包含加工操作类型的多个文件。
[0012]步骤二:
创建加工资源库。将叶片加工过程中可能用到的刀具类型、机床类型以文件的形式定义在特定位置作为加工资源库。首先，根据在实际工作中可能遇到的各类叶片的几何特征和加工工艺，整理出可能使用的刀具、机床类型、夹具加工资源，分别为各类加工资源创建三个辅助性文件。对刀具来讲:辅助性文件1中存储的是各类刀具的属性信息，包括不同的参数值——所需刀具的几何模型、刀具的直径、刀具的长度，辅助性文件2存储的是对不同刀具进行筛选的操作函数，辅助性文件3内存储的是在使用过程中对话框的样式定义，其中包括了对话框中的属性值数量的定义，即定义需要在用户界面中出现的属性值；
然后将以上定义的各类文件放置与特定的路径中，以便于在后续的使用过程中，对各类加工资源进行调用。
[0013]步骤三:
创建加工知识库。分析现有叶片的各类结构特征，通过应用拓扑规则以及程序语言对各类特征进行描述，并且在该文件中同时定义针对不同的特征所应用的加工方法，即加工操作类型，以及加工过程中的切削参数，将该文件放置给定位置作为加工知识库；分析现有叶片的各类结构特征，通过应用拓扑规则以及程序语言对各类特征进行描述，并且在该文件中同时定义针对不同的特征所应用的加工方法，即加工操作类型，以及加工过程中的切削参数。将该文件放置给定位置作为加工知识库；
对含有不同结构类型的叶片进行特征划分——叶片可能含有前缘、后缘、叶盆、叶背，将不同叶片的不同特征划分后，将其按照拓扑规则或其他规则通过程序语言对其进行描述，完成对其描述后将包含描述性语句的文件放置在特定位置，而将包含对各类特征进行描述的文件成为加工知识库，其中所提的拓扑规则是指对各要素空间位置描述的一种规贝1J，可以进行人为的定义，而程序语言指一般的计算机语言，例如，c、C++、JAVA等；
在叶片加工知识规则的编制过程中，每条加工知识规则均由输入特征和输出特征的定义，例如某叶片的加工可能需要三道工序，则在进行第二道工序操作创建时，要想成功的应用加工知识库中的第二道加工规则，则第二道工序的输入特征应为第一道工序的输出特征，第二道工序的输出特征应为第三道工序的输入特征，特征可具体为此时毛坯所处的状态或几何形态。只有输入特征和输出特征与加工知识规则相一致，该条规则才有可能应用于当前特征。如果输入特征和输出特征已匹配，则开始比较叶片特征的制造信息，例如粗糙度值大小、特征尺寸等等。以此方式在加工知识库中逐条筛选，最终获得最适合该特征的加工规则；
在筛选加工规则的过程中，可能会出现多条符合条件的规则，此时，通过定义不同的优先级，加工成本较低的方式其优先级较高，即存在多条加工规则的情况下，优先选择成本较低的加工方式；
加工知识库中加工规则的定义，包含了对特征的制造信息的比对，已识别特征需包含相应的加工信息:表面粗糙度、几何尺寸，在加工知识库的加工规则中定义了此规则的应用条件、操作条件、刀具信息，其中应用条件包含了该规则应用的范围:叶片特征的表面粗糙度值需大于6.3 ;刀具信息定义了该规则中刀具的筛选条件:叶片将采用球头刀，且球头刀的半径需小于叶片特征的表面最小直径；操作条件定义了针对该特征创建加工操作时所需的操作类型、切削参数。
[0014]步骤四:
创建菜单命令。在CAM工具中创建菜单命令，其中包括:查找特征和创建加工工艺两个命令；“查找特征”命令通过调用加工知识库对叶片进行特征的查找创建加工工艺”命令通过对加工操作模板集、加工知识库、加工资源库进行调用为已查找的叶片特征创建加工操作，并自动完成刀轨的生成。在CAM工具中创建菜单命令，其中包括:查找特征和创建加工工艺两个命令。“查找特征”命令通过调用加工知识库对叶片进行特征的查找创建加工工艺”命令通过对加工操作模板集、加工知识库、加工资源库进行调用为已查找的叶片特征创建加工操作，并自动完成刀轨的生成。
[0015]在现用的计算机辅助加工工具中进行二次开发，通过运用计算机语言编写相应的程序指令完成对计算机辅助加工工具的菜单进行扩展，所定义的菜单中包含“查找特征”和“创建加工工艺”两个命令；对于二次开发所需的程序定义文件需将其放置在特定位置以便于有效管理，在对以上两菜单指令进行定义时应对应之前所定义的加工操作模板集、加工资源库以及加工知识库，通过程序语句实现对各类对象的筛选与加载，即完成目标对象的筛选后，通过点击所定义的对话框中的“确定”指令，应自动的将所筛选出来的对象加载至加工环境中进行创建与使用；
在定义“查找特征”指令时，其主要是通过编写程序将待加工对象与之前所定义的加工知识库中所定义的特征类型进行比对，对于“创建加工工艺”菜单指令的定义，主要是根据已识别的特征属性与特点，对其进行加工操作类型与加工资源的自动加载；此时创建加工操作类型时即对之前定义的加工操作模板集的引用；而加工资源的自动加载，则是通过程序对待加工特征中所包含的加工信息与加工资源库中的加工资源进行比对，找到适宜加工资源后，将自动加载至加工环境中，从而避免了人为的去手动创建，大大提高了工作人员的工作效率，从而实现了智能化。
[0016]步骤五:
指定加工对象。将应用MBD技术创建的叶片模型在CAM工具中打开并指定叶片为加工对象。首先应通过使用MBD技术完成对模型的创建，在创建过程中，因为叶片属于曲面复杂性零部件，需创建大量的表面点，已点构建线，线构建面、面构建体的方法完成。此时通过使用程序首先读入叶片表面点的坐标值，然后再创建线与面，最终通过面构建体的方法完成对叶片模型的创建；在以上过程中，模型的建立需要大量点的录入，此时通过程序的自动的将数千个点坐标读入，并完成点的自动创建，然后通过编写程序，利用所创建的点完成对线、面、体的创建；
完成模型的创建后，需要应用MBD技术在三维模型中定义各类加工信息，包括几何尺寸。公差尺寸，此时完成MBD模型的定义；此后续的“查找特征”与“创建特征工艺”的过程中，加工信息也是比对过程中的参考标准；
步骤六:
查找特征。在计算机辅助加工工具中选择“查找特征”命令完成对叶片中所包含特征的查找。在已做过二次开发的计算机辅助加工工具中，通过选择“查找特征”菜单指令，此时程序将在后台自动运行，对待加工几何体进行特征比对检查，完成特征查找后，将弹出对话框并在其中列出已识别出来的特征类别；其操作简单，通过程序的自动判断与识别提高了工作人员的工作效率。
[0017]步骤七:
创建加工工艺。选择已识别的特征后，通过选择“创建加工工艺”命令为所识别的特征自动创建加工操作，完成刀轨的生成；选择所识别的特征后，然后选择所定制的“创建加工工艺”菜单指令，此时将弹出对话框，该对话框中列出了所有的加工规则，此时用户通过选择对话框中的“确定”命令，将自动完成加工操作的创建，以及加工资源的加载；完成加工操作的创建后，用户通过选择所创建的加工操作，通过快捷菜单选择“生成刀轨”命令，将完成对刀轨的生成；“生成刀轨”命令是计算机辅助加工工作中固有的命令，非定制开发生成。
[0018]步骤八:
后处理。对所生成的刀轨程序进行后处理。选择步骤七中所生成的加工刀轨，通过选择“后处理”命令，完成对刀轨的后处理。此时的代码可直接在加工机床上面进行运行；“后处理”命令在计算机辅助加工工具中为固有指令，非定制开发；其操作方法与一般的加工后处理方法一致。
[0019]步骤九:
装夹毛坯。将所生成的刀轨程序发送至装有叶片毛坯的四轴立式铣床。该程序发送过程与一般的加工方法一致，可通过闪存或网络传输。
[0020]步骤十:
机床加工。通过此种方法，使叶片装夹在备有双机头的工作台，两个机头同步旋转，在叶片的铣削过程中采用螺旋式的加工方式，一次装夹避免了多次安装的误差，同时在机床上装有多个传感器，实时的检测主轴的运动情况，同时通过相应指令的编制，可通过传感器返回的信息智能化的对程序进行调整，例如，可通过传感器采集各刀位点的相对位置并进行比较。
[0021]本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步:该方法在现有CAM工具的基础上扩展定义加工操作模板集和加工资源库以及加工知识库，在加工知识库中通过程序调用了各类加工操作模板和加工资源，经过一定的知识推理，为加工叶片自动创建加工操作，然后对程序进行后处理，将其发送至装有有双机头的立式四轴机床进行加工，在加工过程中可以通过传感器适时获得加工信息以便于调试程序。该方法的应用使编程人员在日后的编程过程中提高工作效率，避免了对已成熟工艺的重复性操作，便于企业对已成熟工艺的存储，同时也利于对叶片加工质量的有效保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明的一种风扇叶片的智能制造方法系统架构图。
[0023]图2是本发明的一种风扇叶片的智能制造方法流程图。
[0024]图3是本发明的一种风扇叶片的智能制造方法机床工作示意图。
【具体实施方式】
[0025]以下将结合附图和优选实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
[0026]实施例一:
参见图1-图3，本风扇叶片的智能制造方法其特征在于通过在计算机辅助加工工具中定义加工知识库、加工资源库，对通过应用MBD技术创建的叶片模型进行特征识别规则与特征加工规则的编制，通过程序完成对叶片特征的识别与叶片加工工艺的智能创建，然后将程序发送至装有双机头以及传感器的立式四轴铣床进行加工，通过此种方式，一方面使加工的叶片质量得到保证，另一方面，实现加工信息的自动反馈及相关命令的自动执行，从而实现叶片加工程序编制智能化以及叶片加工制造的智能化。其操作步骤为:(1)将叶片加工过程中可能用到的加工操作类型以文件的形式定义在特定位置作为加工操作模板集；
(2)将叶片加工过程中可能用到的刀具类型、机床类型以文件的形式定义在特定位置作为加工资源库；(3)分析现有叶片的各类结构特征，通过应用拓扑规则以及程序语言对各类特征进行描述，并且在该文件中同时定义针对不同的特征所应用的加工方法，即加工操作类型，以及加工过程中的切削参数，如主轴速率等。将该文件放置特定位置作为加工知识库；(4)在CAM工具中创建菜单命令，其中包括:查找特征和创建加工工艺两个命令。“查找特征”命令通过调用加工知识库对叶片进行特征的查找；“创建加工工艺”命令通过对加工操作模板集、加工知识库、加工资源库进行调用为已查找的叶片特征创建加工操作，并自动完成刀轨的生成。(5)将应用MBD技术创建的叶片模型在CAM工具中打开并指定叶片为加工对象；(6)在计算机辅助加工工具中选择“查找特征”命令完成对叶片中所包含特征的查找；(7)选择已识别的特征后，通过选择“创建加工工艺”命令为所识别的特征自动创建加工操作，完成刀轨的生成；(8)对所生成的刀轨程序进行后处理；(9)将所生成的刀轨程序发送至装有叶片毛坯的四轴立式铣床；(10)在该铣床上通过对传感器的应用可实时的检测叶片的加工过程，并对反馈信息进行收集与响应，智能的完成叶片的加工。
[0027]实施例二:本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下:(1)将叶片加工过程中可能用到的加工操作类型以文件的形式定义在特定位置作为加工操作模板集。在实现该叶片的智能制造方法时，是在现有的计算机辅助加工工具中进行扩展定义的。在一般的计算机辅助加工工具中，如需对一零件进行数控刀轨的编制需创建机床坐标系、创建几何体、创建刀具、创建加工操作等一些列步骤，步骤较为繁琐。
[0028](2)将叶片加工过程中可能用到的刀具类型、机床类型以文件的形式定义在特定位置作为加工资源库。在为各类零部件创建刀轨过程中，一般需要手动的为各类零部件选择或创建新的刀具，其过程并非智能化，而通过该方法将各类叶片在加工过程中可能用到的刀具、机床、夹具进行分类归纳，通过编写程序实现各类加工资源(刀具、机床、夹具)的自动筛选。
[0029](3)分析现有叶片的各类结构特征，通过应用拓扑规则以及程序语言对各类特征进行描述，并且在该文件中同时定义针对不同的特征所应用的加工方法，即加工操作类型，以及加工过程中的切削参数，如主轴速率等。将该文件放置特定位置作为加工知识库。
[0030](4)在CAM工具中创建菜单命令，其中包括:查找特征和创建加工工艺两个命令。“查找特征”命令通过调用加工知识库对叶片进行特征的查找；“创建加工工艺”命令通过对加工操作模板集、加工知识库、加工资源库进行调用为已查找的叶片特征创建加工操作，并自动完成刀轨的生成。
[0031](5)将应用MBD技术创建的叶片模型在CAM工具中打开并指定叶片为加工对象。此处所讲的MBD技术为基于模型的定义(Model Based Definition)技术。
[0032](6)在计算机辅助加工工具中选择“查找特征”命令完成对叶片中所包含特征的查找。
[0033]( 7 )选择已识别的特征后，通过选择“创建加工工艺”命令为所识别的特征自动创建加工操作，完成刀轨的生成。
[0034](8)对所生成的刀轨程序进行后处理。
[0035](9)将所生成的刀轨程序发送至装有叶片毛坯的四轴立式铣床。该程序发送过程与一般的加工方法一致，可通过闪存或网络传输。
[0036](10)在该铣床上通过对传感器的应用可实时的检测叶片的加工过程，并对反馈信息进打收集与响应，智能的完成叶片的加工。
[0037]实施例三:本实施按图描述如下:
首先在图1中描述了该方法的系统架构，该方法以现有的CAM工具为平台，在CAM工具中打开待加工叶片模型后，通过指定叶片作为加工对象，首先通过自定义菜单调用加工知识库对叶片进行特征查找，检查是否含有该库中所包含的特征。通过在加工知识库中的现有特征与目标对象的比较，将已识别特征反馈至CAM工具，并在CAM工具中以列表的形式列出所识别出来的特征。
[0038]完成对叶片特征的识别后，选择已识别的叶片特征，通过选择自定义的菜单命令，为已识别的叶片特征创建加工操作，此时是对加工知识库中加工规则的调用。在加工知识库中，针对同一类特征可能有多重加工方案的存储。通过定义叶片模型上的加工信息，例如:粗糙度等信息进行筛选，同时在加工知识库中也可以定义优先级，根据不同叶片的精度要求和加工成本为各加工方式制定相应的优先级。
[0039]加工知识库的应用实际上是通过程序对叶片的几何特征和加工信息进行比对，在已识别特征的前提下，通过程序驱动CAM工具为特征创建相应的加工操作，实现加工操作的自动化创建，即叶片的智能制造。
[0040]叶片加工知识库中的规则指令驱动CAM工具创建相应的操作，一方面需要操作模板的支持，因为许多操作类型是在操作模板中预定义的，另一方面需要加工资源库的支持，因为在加工操作中，需要用到不同的刀具、夹具、机床等资源。
[0041]在图2中描述了运用此方法，首先通过分析叶片的几何形状和加工方式，分析叶片加工过程中可能使用到的加工类型例如:固定轴加工、可变轴加工等，同时整理叶片加工中可能用到的各类加工资源，创建加工操作模板集和加工资源库。
[0042]然后对相关特征的拓扑信息进行有效的组织整理，形成加工知识库中的特征识别规则。加工知识库主要是对加工对象的描述，将叶片特征存储于该加工知识库中，并形成特征识别规则，同时针对某一类特征，为其编写加工规则，在编写加工方法时一方面考虑其几何信息，另一方面需充分利用MBD模型上所含有的加工制造信息。
[0043]加工知识库中加工规则的编制，实际上是针对某一类特征如何通过程序自动创建操作和添加加工资源的整理。在编制加工规则时，根据现有的加工条件和适当的叶片加工策略，为叶片的各个特征加工制定高效的切削工艺和切削参数。在编制切削工艺和指定切削参数时应充分考虑叶片模型的几何信息和其中的制造信息，因为在叶片模型中以MBD技术包含了加工制造信息，在通过加工知识库创建加工操作的过程中，一方面是几何拓扑信息的比对，另一方面是对叶片的MBD模型中的制造信息的比对。在CAM工具中自动读取叶片模型上的制造信息，使其与加工知识库中的加工规则进行比对。例如:对于叶片表面粗糙度为0.4时，加工知识库应经过知识推理后得出加工方案1，并为其自动创建；对于同一个叶片，当叶片表面粗糙度为0.8时，加工知识库应经过知识推理后得出另一加工方案2，然后在CAM工具中自动创建。为叶片创建加工刀轨程序的步骤改变了以往创建刀具、创建操作、指定切削参数的繁琐工作，将叶片的MBD模型在CAM工具中打开后，首先指定叶片为待加工几何体，然后通过查找特征和创建特征工艺两步完成对叶片加工操作的创建，提高编程人员的工作效率。
[0044]图3中描述了该智能加工方法及指定机床上的应用，在该机床上通过机头一和机头二完成叶片的一次性装夹，在加工过程中，两机头可实现同步旋转，有效避免了采用顶针所引起的扭转变形，同时在主轴上方安装传感器可有效监测叶片的加工过程，确保叶片的加工质量，同时在加工过程中，通过传感器的应用可有效控制机床执行相关的指令。
[0045]通过此种方法，一方面企业内部可将好的加工工艺以知识的形式保存下来，在日常加工制造中对此加工知识库不断的扩充完善。在以后的加工制造中可充分利用该加工知识库的作用，提高编程人员的工作效率，避免了一些重复性的工作。同时对于叶片这种较难加工、切削参数不易把握的零部件，通过此种方式可将部分加工工艺参数进行保留，使编程经验较少的人员在短时间内可编制出较高质量的程序，另一方面可有效保证叶片的加工质量，从整体来看可促进企业的发展，有利于我国航空事业的发展。
【权利要求】
1.一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于通过在计算机辅助加工工具中定义加工知识库、加工资源库，对通过应用MBD技术创建的叶片模型进行特征识别规则与特征加工规则的编制，通过程序完成对叶片特征的识别与叶片加工工艺的智能创建，然后将程序发送至装有双机头以及传感器的立式四轴铣床进行加工，通过此种方式，一方面使加工的叶片质量得到保证，另一方面，实现加工信息的自动反馈及相关命令的自动执行，从而实现叶片加工程序编制智能化以及叶片加工制造的智能化，其具体操作步骤为:(1)创建加工操作模板集，将叶片加工过程中可能用到的加工操作类型以文件的形式定义在给定位置作为加工操作模板集；(2)创建加工资源库，将叶片加工过程中可能用到的刀具类型、机床类型以文件的形式定义在给定位置作为加工资源库；(3)创建加工知识库，分析现有叶片的各类结构特征，通过应用拓扑规则以及程序语言对各类特征进行描述，并且在该文件中同时定义针对不同的特征所应用的加工方法，即加工操作类型，以及加工过程中的切削参数，将该文件放置给定位置作为加工知识库；(4)创建菜单命令，在CAM工具中创建菜单命令，其中包括:查找特征和创建加工工艺两个命令；“查找特征”命令通过调用加工知识库对叶片进行特征的查找；“创建加工工艺”命令通过对加工操作模板集、加工知识库、加工资源库进行调用为已查找的叶片特征创建加工操作，并自动完成刀轨的生成；(5)指定加工对象，将应用MBD技术创建的叶片模型在CAM工具中打开并指定叶片为加工对象；(6)查找特征，在计算机辅助加工工具中选择“查找特征”命令完成对叶片中所包含特征的查找；(7)创建加工工艺，选择已识别的特征后，通过选择“创建加工工艺”命令为所识别的特征自动创建加工操作，完成刀轨的生成；(8)后处理，对所生成的刀轨程序进行后处理；(9)装夹毛坯，将所生成的刀轨程序发送至装有叶片毛坯的四轴立式铣床；(10)机床加工，在该铣床上通过对传感器的应用可实时的检测叶片的加工过程，并对反馈信息进行收集与响应，智能的完成叶片的加工。
2.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(1)创建加工操作模板集，将叶片加工过程中可能用到的加工操作类型以文件的形式定义在特定位置作为加工操作模板集，在实现该叶片的智能制造方法时，是在现有的计算机辅助加工工具中进行扩展定义的，在一般的计算机辅助加工工具中，如需对一零件进行数控刀轨的编制需创建机床坐标系、创建几何体、创建刀具、创建加工操作等一些列步骤，步骤较为繁琐，其具体步骤如下:通过对风扇叶片的操作类型进行归纳总结，整理出其所需要的各种加工操作类型，例如:型腔铣、固定轴轮廓铣、可变轴轮廓铣等操作类型，以文件模板的形式定义在已安装的计算机辅助加工工具特定安装路径下，此路径为计算机的存储路径，对于该路径的定义可参考已安装的计算机辅助加工工具的所在位置进行定义，将包含各种加工操作类型的文件放置在该路径下以便于在后续使用中进行调用，加工操作模板集即包含加工操作类型的多个文件。
3.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(2)创建加工资源库，将叶片加工过程中可能用到的刀具类型、机床类型以文件的形式定义在特定位置作为加工资源库，在为各类零部件创建刀轨过程中，一般需要手动的为各类零部件选择或创建新的刀具，其过程并非智能化，而通过该方法将各类叶片在加工过程中可能用到的刀具、机床、夹具进行分类归纳，通过编写程序实现各类加工资源——刀具、机床、夹具的自动筛选，其具体步骤为:
首先，根据在实际工作中可能遇到的各类叶片的几何特征和加工工艺，整理出可能使用的刀具、机床类型、夹具加工资源，分别为各类加工资源创建三个辅助性文件，对刀具来讲:辅助性文件1中存储的是各类刀具的属性信息，包括不同的参数值一所需刀具的几何模型、刀具的直径、刀具的长度，辅助性文件2存储的是对不同刀具进行筛选的操作函数，辅助性文件3内存储的是在使用过程中对话框的样式定义，其中包括了对话框中的属性值数量的定义，即定义需要在用户界面中出现的属性值；然后将以上定义的各类文件放置与特定的路径中，以便于在后续的使用过程中，对各类加工资源进行调用。
4.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(3)创建加工知识库，分析现有叶片的各类结构特征，通过应用拓扑规则以及程序语言对各类特征进行描述，并且在该文件中同时定义针对不同的特征所应用的加工方法，即加工操作类型，以及加工过程中的切削参数，将该文件放置给定位置作为加工知识库；不同的叶片结构特征将含有不同的结构描述，即结构定义，在使用该智能加工方法时，需要首先查找特征，即将待加工的几何实体与加工知识库中的存储类型进行比较；所以应首先定义加工知识库，其具体步骤为:对含有不同结构类型的叶片进行特征划分——叶片可能含有前缘、后缘、叶盆、叶背，将不同叶片的不同特征划分后，将其按照拓扑规则或其他规则通过程序语言对其进行描述，完成对其描述后将包含描述性语句的文件放置在特定位置，而将包含对各类特征进行描述的文件成为加工知识库，其中所提的拓扑规则是指对各要素空间位置描述的一种规贝U，可以进行人为的定义，而程序语言指一般的计算机语言，例如，C、C++、JAVA等；完成对各类特征的定义后，需对各类特征的加工操作方法以及所使用的加工资源进行定义，即所指的加工规则，同样是以程序的方式进行对象筛选，结合目标特征的结构特点为其自动创建加工操作类型并加载加工资源；在叶片加工知识规则的编制过程中，每条加工知识规则均由输入特征和输出特征的定义，例如某叶片的加工可能需要三道工序，则在进行第二道工序操作创建时，要想成功的应用加工知识库中的第二道加工规则，则第二道工序的输入特征应为第一道工序的输出特征，第二道工序的输出特征应为第三道工序的输入特征，特征可具体为此时毛坯所处的状态或几何形态，只有输入特征和输出特征与加工知识规则相一致，该条规则才有可能应用于当前特征，如果输入特征和输出特征已匹配，则开始比较叶片特征的制造信息，例如粗糙度值大小、特征尺寸等等，以此方式在加工知识库中逐条筛选，最终获得最适合该特征的加工规则；在筛选加工规则的过程中，可能会出现多条符合条件的规则，此时，通过定义不同的优先级，加工成本较低的方式其优先级较高，即存在多条加工规则的情况下，优先选择成本较低的加工方式；在加工知识库中完成对加工知识规则的筛选后，该加工知识规则将驱动计算机辅助加工工具为该特征创建相应的操作类型，在创建操作类型的过程中，同时指定一系列的切削参数值；加工知识库中包含了各类叶片特征的识别规则和加工规则，其中，特征识别规则主要是对各类特征的拓扑信息进行比对，以此来判断叶片中是否含有可识别的特征；加工规则是针对已识别的特征为其定义加工资源、操作类型、切削参数等信息；使计算机辅助加工工具能够自动的为特征创建操作；加工知识库是加工资源库、加工模板集与计算机辅助加工工具连接的桥梁；加工知识库中加工规则的定义，包含了对特征的制造信息的比对，已识别特征需包含相应的加工信息:表面粗糙度、几何尺寸，在加工知识库的加工规则中定义了此规则的应用条件、操作条件、刀具信息，其中应用条件包含了该规则应用的范围:叶片特征的表面粗糙度值需大于6.3 ;刀具信息定义了该规则中刀具的筛选条件:叶片将采用球头刀，且球头刀的半径需小于叶片特征的表面最小直径；操作条件定义了针对该特征创建加工操作时所需的操作类型、切削参数。
5.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(4)创建菜单命令，在CAM工具中创建菜单命令；其中包括:查找特征和创建加工工艺两个命令，“查找特征”命令通过调用加工知识库对叶片进行特征的查找；“创建加工工艺”命令通过对加工操作模板集、加工知识库、加工资源库进行调用为已查找的叶片特征创建加工操作，并自动完成刀轨的生成；其具体步骤为:在现用的计算机辅助加工工具中进行二次开发，通过运用计算机语言编写相应的程序指令完成对计算机辅助加工工具的菜单进行扩展，所定义的菜单中包含“查找特征”和“创建加工工艺”两个命令；对于二次开发所需的程序定义文件需将其放置在特定位置以便于有效管理，在对以上两菜单指令进行定义时应对应之前所定义的加工操作模板集、加工资源库以及加工知识库，通过程序语句实现对各类对象的筛选与加载，即完成目标对象的筛选后，通过点击所定义的对话框中的“确定”指令，应自动的将所筛选出来的对象加载至加工环境中进行创建与使用；在定义“查找特征”指令时，其主要是通过编写程序将待加工对象与之前所定义的加工知识库中所定义的特征类型进行比对，如果能够比对成功，将以对话框的形式列出比对成功的特征即已识别的特征，然后通过选择确认，所识别出来的特征将自动以列表的形式列出在加工工作环境中；对于“创建加工工艺”菜单指令的定义，主要是根据已识别的特征属性与特点，对其进行加工操作类型与加工资源的自动加载；此时创建加工操作类型时即对之前定义的加工操作模板集的引用；而加工资源的自动加载，则是通过程序对待加工特征中所包含的加工信息与加工资源库中的加工资源进行比对，找到适宜加工资源后，将自动加载至加工环境中，从而避免了人为的去手动创建，大大提高了工作人员的工作效率，从而实现了智能化；该特征主要在于通过程序对原有的计算机辅助加工工具进行开发定制，实现对之前定义的库文件进行调用。
6.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(5)指定加工对象，将应用MBD技术创建的叶片模型在CAM工具中打开并指定叶片为加工对象，此处所讲的MBD技术为基于模型的定义技术；其具体步骤为；首先应通过使用MBD技术完成对模型的创建，在创建过程中，因为叶片属于曲面复杂性零部件，需创建大量的表面点，已点构建线，线构建面、面构建体的方法完成，此时通过使用程序首先读入叶片表面点的坐标值，然后再创建线与面，最终通过面构建体的方法完成对叶片模型的创建；在以上过程中，模型的建立需要大量点的录入，此时通过程序的自动的将数千个点坐标读入，并完成点的自动创建，然后通过编写程序，利用所创建的点完成对线、面、体的创建；完成模型的创建后，需要应用MBD技术在三维模型中定义各类加工信息，包括几何尺寸，公差尺寸，此时完成MBD模型的定义；此后续的“查找特征”与“创建特征工艺”的过程中，加工信息也是比对过程中的参考标准；完成MBD模型的定义后，将其在计算机辅助加工软件中打开，其过程与一般的文件打开类似。
7.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(6)查找特征，在计算机辅助加工工具中选择“查找特征”命令完成对叶片中所包含特征的查找，其具体步骤为:在已做过二次开发的计算机辅助加工工具中，通过选择“查找特征”菜单指令，此时程序将在后台自动运行，对待加工几何体进行特征比对检查，完成特征查找后，将弹出对话框并在其中列出已识别出来的特征类别；其操作简单，通过程序的自动判断与识别提高了工作人员的工作效率。
8.根据权利要求7所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于，所述步骤(7)创建加工工艺，选择已识别的特征后，通过选择“创建加工工艺”命令为所识别的特征自动创建加工操作，完成刀轨的生成；其具体步骤为:首先，已完成对特征的识别，选择所识别的特征后，然后选择所定制的“创建加工工艺”菜单指令，此时将弹出对话框，该对话框中列出了所有的加工规则，此时用户通过选择对话框中的“确定”命令，将自动完成加工操作的创建，以及加工资源的加载；完成加工操作的创建后，用户通过选择所创建的加工操作，通过快捷菜单选择“生成刀轨”命令，将完成对刀轨的生成；“生成刀轨”命令是计算机辅助加工工作中固有的命令，非定制开发生成。
9.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于所述步骤(8)后处理，对所生成的刀轨程序进行后处理的主要步骤为:选择权利要求8中所生成的加工刀轨，通过选择“后处理”命令，完成对刀轨的后处理，此时的代码可直接在加工机床上面进行运行；“后处理”命令在计算机辅助加工工具中为固有指令，非定制开发；其操作方法与一般的加工后处理方法一致。
10.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于所述步骤(9)装夹毛坯，将所生成的刀轨程序发送至装有叶片毛坯的四轴立式铣床；该程序发送过程与一般的加工方法一致，可通过闪存或网络传输。
11.根据权利要求1所述的一种风扇叶片的智能制造方法，其特征在于所述步骤(10)机床加工，在该铣床上通过对传感器的应用可实时的检测叶片的加工过程，并对反馈信息进打收集与响应，智能的完成叶片的加工；一般风扇叶片长度较大，厚度较薄，在加工过程中极易产生振动和扭曲变形，通过此种方法，使叶片装夹在备有双机头的工作台，两个机头同步旋转，在叶片的铣削过程中采用螺旋式的加工方式，一次装夹避免了多次安装的误差，同时在机床上装有多个传感器，实时的检测主轴的运动情况，同时通过相应指令的编制，可通过传感器返回的信息智能化的对程序进行调整，例如， 可通过传感器采集各刀位点的相对位置并进行比较，在特殊情况下，也可以直接控制机床的运转，通过此种方式达到叶片制造的智能化；计算机辅助加工工具是整个叶片智能制造方法运行的基础平台，通过自定义的库文件为计算机辅助加工工具进行扩展，通过加工知识库中的规则定义驱动计算机辅助加工工具自动的完成对叶片加工操作的智能创建，从而完成叶片加工程序的自动编制，然后将其发送至指定机床，在传感器和双机头的作用下，使叶片的加工质量得到保证，同时实现整个加工过程的智能化。`
【文档编号】G05B19/19GK103676785SQ201310677858
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月13日 优先权日:2013年12月13日
【发明者】朱文华, 白彬, 李宝瑞, 邹鹏程 申请人:上海大学