基于特征的机匣凸台间通道加工方法
【专利摘要】一种基于特征的机匣凸台间通道加工方法，其特征是首先读取机匣模型及机匣凸台特征信息，自动构建凸台间通道加工区域，然后根据加工资源库中的数据，可以选择自动生成或人工输入所需加工凸台间特征的加工工艺信息，最后自动生成粗、精加工轨迹。本发明涵盖了凸台通道的粗精加工，刀轨计算效率高、正确率高、灵活性强，大大减轻了工程人员的编程工作量，同时支持单个和多个凸台通道的批量处理，能够满足工程人员的不同需求。
【专利说明】基于特征的机匣凸台间通道加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种CAM技术，尤其是一种航空发动机机匣的CAM技术，具体地说是一 种基于特征提机匣凸台间通道的CAM加工方法。
【背景技术】
[0002] 航空发动机是飞机的动力之源，随着航空发动机推重比的日益提高，不仅对航空 发动机机匣的结构设计提出了更高的要求，对机匣的制造也提出更高的挑战，目前机匣多 采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料；结构上以转轮毂面为主体周向分部柱状岛屿 凸台，零件最薄处仅为2-3_厚，属多岛屿复杂薄壁结构件。在机匣数控加工中，由于其结 构复杂、精度要求高，对于编程工艺人员的经验依赖性很强。目前航空发动机机匣的数控加 工编程工作主要在一些商品化CAM平台上进行，如西门子的UG NX，PTC的Pro/E等。在使 用这些软件进行加工程序编制时，传统采用层铣的方式，选择底面为驱动，以凸台等结构作 为检查体，利用软件生成层铣刀轨，但考虑到燃烧室机匣材料多为钛合金或高温合金，在大 量材料去除的粗加工中插铣加工无论从切削效率或刀具损耗方面都优于传统层铣加工，唯 一不足的是在使用上述软件进行插铣加工程序的编制时，需要人工点选和构建大量的辅助 几何元素，需要人工设置大量加工参数，编程的工作量非常大，且难度较高，另外在人工编 程时，往往由于人为疏忽、经验不足等人为因素导致编程质量的稳定性较差，后期需要结合 大量的仿真工作进行程序的优化，导致编程规范性不足，效率低下，知识的积累性差。也正 因为以上原因，插铣加工在实际生产中应用效果不佳。
[0003] 本发明首次将基于特征的数控编程思想应用到航空发动机机匣类零件的加工中， 首先将机匣零件定义并识别为一系列适用于机匣加工的特征类型，其特征识别方法详见申 请号为201410188103. 5,发明名称为"航空发动机机匣特征识别方法"的中国专利。得到 机匣特征信息后，结合成熟的机匣加工工艺方法，以加工特征作为零件几何和加工工艺的 有效载体，自动构建加工区域，基于加工资源库进行自动工艺决策，并自动生成插铣粗加工 和层铣精加工刀轨。该方法计算效率高、正确率高，大大减轻了工程人员的编程工作量，同 时每个环节均可以选择自动或人工输入两种方式，并支持单个和多个凸台间通道的批量处 理，灵活性强，能够满足工程人员的不同需求。
【发明内容】
[0004] 本发明针对目前CAM系统中缺少对航空发动机机匣凸台间通道的加工模式，即插 铣粗加工和层铣精加工相结合，以及现有加工编程效率低、质量差、灵活性不足等间题，提 出一种基于特征的航空发动机机匣凸台间通道加工方法，它首先读取机匣模型及机匣特征 识别结果，自动构建凸台间通道的加工区域，然后根据加工资源库中的数据，可以选择自动 生成或人工输入所需加工凸台间通道的粗、精加工工艺信息，自动快速生成粗加工插铣加 工轨迹和精加工轨迹。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种基于特征的机匣凸台间通道加工方法，其特征在于它包括以下步骤：
[0007] (1)在机匣零件特征定义和特征识别的基础上，在CAM环境下，通过自动读取机匣 特征信息或手动点选特征面的方式，得到一个或多个凸台间通道特征面列；
[0008] (2)基于每个凸台间通道特征面列，结合铣削毛述，自动构建加工区域；
[0009] (3)根据加工资源库中的数据，采用自动和人工相结合的方法，进行加工工艺决 策，得到所选凸台间通道的粗、精加工工艺方案；
[0010] (4)结合凸台间通道加工区域和粗加工方案，自动生成粗加工插铣加工轨迹；
[0011] (5)结合凸台间通道加工区域和精加工方案，调用CAM软件中对应的加工操作，自 动生成通道底面精加工轨迹。
[0012] 所述的待加工的凸台间通道特征面列主要包含两类：凸台的底面和凸台间通道所 在两相邻凸台的顶面。本方法提供自动和手动两种方式获得凸台间通道特征面列，并且两 种方式都支持单个和多个凸台间通道特征面列的提取或点选，可由操作人员根据实际需要 自由决定。
[0013] 1)自动获得凸台间通道特征面列：通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别 结果文件中提取出所需的凸台的顶面、底面信息。
[0014] 2)手动获得凸台间通道特征面列：通过人工点选模型中的凸台的顶面和底面来 手动构建凸台间通道特征面列。
[0015] 所述的凸台间通道加工区域自动构建主要包含加工区域底面的提取，侧面、前后 面及顶面的构建，具体方法如下：
[0016] 1)加工区域底面提取，加工区域的底面为凸台间通道对应的两相邻凸台的底面， 由步骤2可知，已通过自动或手动的方式获得。
[0017] 2)加工区域侧面构建，提取凸台间通道对应的两相邻凸台的顶面，作为种子面，基 于全息属性面边图进行种子面拓展，获得此凸台间的侧面。
[0018] 3)加工区域前后面构建，加工区域的前后面为凸台间通道沿机匣回转轴方向的毛 坯面，可以通过读取机匣铣削用毛坯模型自动获得，也可以通过加工区域侧面和底面自动 创建，将凸台顶面截平面与侧面的交线提取，偏置后延长与底面相交，在绕机匣回转轴进行 扫掠，得到加工区域的前后面：
[0019] 4)加工区域顶面构建
[0020] 加工区域顶面为铣削毛坯中与凸台顶面对应的回转面，如果读取了机匣凸台插铣 的毛坯模型，则可由凸台间通道所在凸台处的回转包络面自动获取加工区域顶面；如果未 读取则加工区域的顶面则可根据加工区域的侧面、前后面及所在凸台的顶面自动构建加工 区域顶面：将凸台顶面两截交线端点连线，沿凸台顶面外法向偏置一个凸台顶面最大回转 包络高度，将偏置线做母线，以机匣回转轴为轴线扫掠出加工区域顶面。
[0021] 所述的根据加工资源文件，采用自动和人工相结合的工艺决策方式，进行插铣粗 加工和层铣精加工的工艺决策，主要包含刀具决策和加工参数决策，具体如下：
[0022] 1)刀具决策，根据加工区域顶面到底面的最大距离以及前后面最小距离确定刀具 长度限制值和刀具半径限制值，并根据刀具库中刀具类型，选用长径比合适的几种刀具，并 可由工程人员选用。
[0023] 2)加工参数确定，结合加工资源文件，参考以往插统加工和底面精加工的高效参 数组合，确定侧面、底面加工余量，轴向切深，径向切宽，以及主轴转速、进给速度等必要的 加工参数，所有插铣粗加工和层铣精加工的加工参数均可由工程人员修改。
[0024] 所述的结合凸台间通道加工区域和插铣粗加工方案，自动生成粗加工插铣加工轨 迹，主要包含插铣刀轴、刀位点的确定以及刀轨干涉的处理，具体如下。
[0025] 1)将加工区域侧面偏置刀具半径r+粗加工余量δ的距离，作为粗加工区域侧面， 其他加工区域底面、前后面、顶面不变。
[0026] 2)根据上述加工参数，采用沿加工区域底面法向插铣的加工方法，选用与机匣回 转轴垂直的截面分层策略对加工区域进行分层插铣，首先由刀具的信息及切宽值ae可计 算出截平面间距z，以z为间距，做一系列等距平面交底面，在每个平面内，以刀具信息和切 宽值ae为依据，构建出本平面上的所有刀轴。
[0027] 3)遍历每个刀轴，找到每个刀轴与底面的交点，并根据加工参数中底面和顶面的 偏置值，确定出最高、最低刀位点。
[0028] 4)刀轨干涉处理，遍历所有刀轨，针对每个刀轨，以最高和最低刀位点为限制点， 以刀轴为轴线，刀具半径为半径，构建圆柱面，将圆柱面与零件模型进行相交求取，如果得 不到相交元素或相交元素为一个点，则此刀轨为正确刀轨，否则将此刀轨删除。
[0029] 所述的结合凸台间精加工区域和加工方案，自动调用CAM软件中的对应操作方 式，将凸台间精加工区域和加工参数自动赋值到对应操作中，并自动计算刀轨生成精加工 轨迹。
[0030] 1)将加工区域中所有侧面偏置精加工余量δ的距离，作为精加工区域侧面，其他 加工区域底面、前后面、顶面不变。
[0031] 2)根据底面层铣加工方式从CAM系统中选取相应的加工操作，将精加工区域的几 何元素及工艺决策的结果自动赋到加工操作中，生成底面精加工的刀具轨迹。
[0032] 本发明的有益效果是：
[0033] 本发明可以实现凸台间通道插铣粗加工和层铣精加工刀轨的自动生成，计算效率 高、正确率高、灵活性强，大大减轻了工程人员的编程工作量，同时支持单个和多个凸台间 通道的批量处理，能够满足工程人员的不同需求。
[0034] 本发明可通过读取机匣模型及机匣特征识别结果，自动构建凸台间通道的加工区 域，然后根据加工资源库中的数据，可以选择自动生成或人工输入所需加工凸台间通道的 粗、精加工工艺信息，自动快速生成插铣粗加工和层铣精加工刀具轨迹。
【专利附图】
【附图说明】
[0035] 图1为本发明的机匣凸台间通道加工方法流程图。
[0036] 图2为机匣零件及机匣凸台间通道特征面列示意图，Q为机匣模型，其中A为构成 机匣凸台间的相关凸台顶面；B为机匣凸台间底面。
[0037] 图3为全息属性面边图边角度面角度计算方法示意图，A为边角度计算方法，B为 面角度计算方法，其中fl，f 2为两个相邻的面，e为相交边，Pnid为相交边的中点，A中ηι、η 2 为相邻面在Pniid的法向量，选取Α，?·2中任一面为基准面，这里选取A为基准面，根据 右手螺旋法则确定边e的方向n e，％到n2的角度记为Θ，若θ > π，则边角度为2 π - Θ， 若θ < π，则边角度为θ ;Β中^、叫为相邻面^:^的主法向，同样选取[为基准面，根据 右手螺旋法则确定边e的方向ne，h到n2的角度记为θ，若θ > π，则面角度为2 ji - θ， 若θ < π，则面角度为Θ。
[0038] 图4为机匣凸台间通道加工区域侧面构建示意图，其中Ρ为两凸台顶面中心点，F 为过Ρ点和机匣回转轴的平面，Si为加工区域侧面，Ε为平面F与凸台侧面的交线，β为两 F平面间夹角。
[0039]图5为机匣铣削加工毛坯示意图，其中W为机匣铣削毛坯模型，Α为通过毛坯直接 得到的加工区域顶面，B为通过毛坯直接得到的加工区域前后面。
[0040] 图6为机匣凸台间通道加工区域前后面构建示意图，其中F为过凸台顶面中心点 沿凸台顶面外法向做的截平面，为截平面与凸台侧面的两个交线，χ为交线偏置距离， Ε' ρΕ' 2为经过偏置处理后的交线，&为加工区域的前后面。
[0041] 图7为机匣凸台间通道加工区域顶面构建示意图，其中Ε3为构成前后面的交线端 点连线，y为连线偏置距离，Ε' 3为连线偏置线即顶面扫掠母线，S!、S2为外插延伸后的侧 面和前后面，β为顶面扫掠角度，T为以P 3为母线扫掠出的顶面。
[0042] 图8为机匣凸台间通道刀具决策示意图，其中D为加工区域顶面到底面的最近距 离，R为前后面之间最短距离，d为刀具长度，r为刀具半径。
[0043] 图9为机匣凸台间通道插铣侧面偏置示意图，其中r为刀具半径，δ为侧面偏置 余量。
[0044] 图10为机匣凸台间通道粗加工插铣等距截面构建示意图，取局部截面放大视图， 其中Τ为流道顶面，Ε为流道底面，Α为零件边界，Β为每层刀轨的切削边界，C为刀轴，D为 等截面，r为刀具半径，ae为切宽值，Θ为加工区域底面母线与每层截面的夹角， z为每两 层刀轨之间的截面距离。
[0045] 图11为机匣凸台间通道粗加工插铣每层刀轴决策示意图，其中I为等距截面与加 工区域底面的交线，E为底面加工边界，T为顶面加工边界，R为底面交线圆弧的曲率半径， r为刀具半径，ae为切宽值，ap为切深值，每层最外侧两刀轴与机匣回转轴构成的平面 (简称刀轴平面）间夹角，α2为相邻两刀轴平面间夹角。
[0046]图12为机匣凸台间插铣刀轨示意图，其中Τ为加工轨迹，Ρ为刀位点示意图。
[0047] 图13为机匣凸台间通道精加工刀轨示意图，其中Τ为加工轨迹。
[0048] 图14为本发明的航空发动机机匣特征识别方法流程图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
[0050] 本发明针对目前CAM系统中缺少对航空发动机机匣凸台间通道的系统加工模式， 即插铣粗加工和层铣精加工相结合，以及现有加工编程效率低、质量差、灵活性不足等间 题，提出一种基于特征的航空发动机机匣凸间通道加工方法。首先读取机匣模型及机匣特 征识别结果，自动构建凸台间通道的加工区域，然后根据加工资源库中的数据，可以选择自 动生成或人工输入所需加工凸台间通道的粗、精加工工艺信息，自动快速生成粗加工插铣 加工轨迹和精加工轨迹。
[0051] 一种基于特征的航空发动机机匣凸间通道加工方法，其流程如图1所示，包含以 下各步骤：
[0052] 步骤一，在机匣零件特征定义和特征识别的基础上，在CAM环境下，通过自动读取 机匣特征信息或手动点选特征面的方式，得到一个或多个凸台间通道特征面列。
[0053] 待加工的凸台间通道特征面列主要包含两类：凸台的底面和凸台间所在两相邻凸 台的顶面。本方法提供自动和手动两种方式获得凸台间特征面列，并且两种方式都支持单 个和多个凸台间通道特征面列的提取或点选，可由操作人员根据实际需要自由决定。
[0054] 1)自动获得凸台间通道特征面列：通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别 结果文件中提取出所需的凸台的顶面和底面信息。
[0055] 2)手动获得凸台间通道特征面列：通过人工点选模型中的面来手动构建凸台间 通道特征面列，如图2所示；
[0056] ①通过手动点选凸台间通道所在两相邻的凸台顶面，作构建凸台间通道加工区域 的种子面。
[0057] ②通过手动点选长有上述两相邻凸台的圆锥、圆柱或回转类自由曲面，作为凸台 的底面。
[0058] 步骤二，基于每个凸台间通道特征面列，结合铣削毛坯，自动构建加工区域。
[0059] 加工区域自动构建主要包含加工区域底面的提取，侧面、前后面及顶面的构建，具 体方法如下：
[0060] 1)加工区域底面提取
[0061] 加工区域的底面为凸台间通道对应的两相邻凸台的底面，由上述方法可知，已通 过自动或手动的方式获得。
[0062] 2)加工区域侧面构建
[0063] 提取凸台间通道对应的两相邻凸台的顶面，作为种子面，基于全息属性面边图进 行种子面拓展，获得此凸台间的侧面，具体方法如下：
[0064] ①以两凸台顶面为种子面，基于全息属性面边图，进行面拓展，搜索符合条件的凸 台侧面。
[0065]全息属性图是在属性面边图的基础上加入了更多供特征识别使用的边的信息和 面的信息，其内容包括：边的信息：边的唯一标识、实边或虚边标识、曲线或直线标识、边属 于内环或外环标识、相邻面夹角、边夹角、边长度；面的信息：面的唯一标识、实面或虚面标 识、曲面或平面标识、面的主法向、相交面的数量、面的面积、面的内外环个数。
[0066] ②基于上述全息属性面边图可以更清晰地表达模型中的各面、边的关系，以凸台 顶面为种子面，遍历模型中的所有面，找到与种子面成凸连接，即面角度大于180度、边角 度不为0的所有面，为此凸台的侧面，其中边角度和面角度的计算方法如图3所示。
[0067] ③分别找到两凸台顶面的中心P，过机匣回转轴和点P做平面F，可知F与凸台侧 面相交，将交线存于E，并利用F裁剪此凸台的侧面，提取出位于两F平面之间的所有侧面部 分，存放于Si，作为此加工区域的侧面，如图4所示。
[0068] ④将上述两F平面也存于Si，并计算出两F之间的夹角β，后续用于前后面的构 建。
[0069] 3)加工区域前后面构建
[0070]机匣凸台间通道加工区域的前后面为凸台间通道沿机匣回转轴方向的铣削毛坯 面，如图5中Β所示，可以通过读取机匣铣削用毛坯模型自动获得，也可以通过加工区域侧j 面和底面自动创建，其中毛坯模型如图5所示；
[0071] 如果读取机匣铣削毛坯模型，可自动获取加工区域的前后面，如图5所示。
[0072] 如果未读取机匣铣削毛坯模型，则加工区域的前后面也可根据加工区域的侧面和 底面自动构建，如图6所示，具体方法如下：
[0073] ①遍历E中交线，找到属于同一个凸台的两条交线ΕρΕ2，在与此凸台想对应的平 面F内分别将E 1、E2向外偏移X距离，得到P pE' 2，本方法自动给出X默认值，可由操作 人员更改；
[0074] ②将E' pE' 2相应端点延长，直到与加工区域底面相交为止；
[0075] ③分别以P pE' 2为母线，以机匣回转轴为轴线，按相应方向扫掠 β角度，得到 的扫掠面为加工区域的前后面，存入S2。
[0076] 4)加工区域顶面构建
[0077] 加工区域顶面为铣削毛坯中与凸台顶面对应的回转面，如图5中A所示，如果读 取了机匣铣削毛坯模型，则可由凸台间通道所在凸台处的回转包络面自动获取加工区域顶 面。
[0078] 如果未读取则机匣凸台间通道的顶面则可根据加工区域的侧面、前后面及所在凸 台的顶面自动构建加工区域顶面，如图7所示，具体方法如下：
[0079] ①分别将Ρ pE' 2中不与加工区域底面相连的端点连接，记为E3;
[0080] ②计算此凸台顶面的最大回转包络高度y，在E3所在F平面内，沿其所在凸台顶面 法向，将E 3偏移y距离，如图7所示，记为E' a;
[0081] ③以K a为母线，机E回转轴为轴线，按相应方向扫掠 β角度，得到的扫掠面为 加工区域顶面，存入Τ ;
[0082] ④遍历Si、S2中所有面，在每个面与顶面相对应的边处进行外插延伸，直到与加工 区域顶面相交为止，得到的新侧面对应替换存入Si、s 2，得到最终加工区域侧面和前后面。
[0083] 通过以上步骤，可以实现读取机匣特征识别结果或手动点选模型上的面自动构建 凸台间通道的加工区域。
[0084]步骤三，根据加工资源库中的数据，采用自动和人工相结合的方法，进行加工工艺 决策，得到所选凸台间通道的插铣粗加工和层铣精加工工艺方案。
[0085] 主要包含刀具决策和加工参数决策，具体如下：
[0086] 1)刀具决策，包括刀长、刀具半径等，如图8所示，其确定方法如下：
[0087]①根据加工区域中顶面到偏置后底面的最短距离L来确定刀具长度，如图8所示， 满足1，其中1为刀具长度；
[0088] ②计算加工区域前后面之间的最近距离D，如图8所示，满足D < d，其中d为刀具 直径，同时要考虑刀具库中的刀具类型，在满足条件的情况下，选择适当长径比的插铣刀具 和精加工刀具；
[0089] ③从刀具库中选取满足以上两个个条件的刀具，若同时有多把刀具满足要求，由 操作人员人工决定选择哪把刀具。
[0090] 2)加工参数确定包含侧面、底面加工余量，轴向切深，径向切宽，以及主轴转速、进 给速度等必要的加工参数，如图8所示，相应的确定方法如下：
[0091] ①由于机匣凸台间通道插铣属于机匣零件粗加工的一部分，所以侧面和底面通常 会给精加工留有一定的余量，本方法会根据以往凸台间通道插铣经验,根据加工资源文件， 自动设定底面和侧面的偏置默认值，并且可以由操作人员人工修改，决定最终偏置值，即粗 加工余量S，用于后续工艺决策；
[0092] 同样精加工也可以通过余量设置得到粗加工后零件的加工状态，从而得到准确的 精加工区域。
[0093] ②由于粗加工插铣加工中和层铣精加工中径向切深和轴向切宽的确定与材料和 刀具参数有关，最佳的加工参数在一定范围内，所以本方法在提取选用的刀具信息后，参考 加工资源文件中的相关经验值，自动设定切深和切宽值。也可以由操作人员人工修改，决定 最终的参数值；
[0094] ③主轴转速及进给速度，包含进退刀等设置均从切削参数库中提取，同时支持操 作人员人工修改。
[0095] 步骤四，结合凸台间通道加工区域和加工方案，自动生成插统刀具轨迹，王要包含 插铣刀轴、刀位点的确定以及刀轨干涉的处理，如图9-12所示。
[0096] 1)根据上述加工参数，采用沿底面法向插铣的加工策略，自动生成刀具轨迹，主要 包含刀轴的创建和刀位点的确定，具体方法如下：
[0097] ①将加工区域侧面偏置刀具半径r+粗加工余量δ的距离，作为粗加工区域侧面， 其他加工区域底面、前后面、顶面不变，如图9所示；
[0098] ②采取与机匣回转轴垂直的截面分层策略对加工区域进行分层插铣，首先由刀具 的信息及切宽值ae，底面母线与截平面夹角Θ，可计算出截平面间距z，z = aeXsin0，如 图10所示，以Z为间距，做一系列等距平面交底面，将交线存于I ;
[0099]③在每个等距面上，根据I中交线两端点间材料剩余夹角（1。，_ =胃（其中S 为交线长度、R为交线圆弧半径），以及切深值ap、切宽值ae，计算出本平面上第一刀的加工 区域角= 计算每个等距面上的刀轴个数n，n = |，(若η不为整数将 η取整加1),从而得到两相邻刀轴间的夹角α2，％ = ^;如图11所示，并构建出本平面上的 所有刀轴，存入Τ;
[0100] 2)遍历Τ中的每个刀轴，找到每个刀轴与底面的交点，并根据加工参数中底面偏 置值，沿刀轴方向进行偏置，设为插铣刀轨的最低刀位点；每个刀轴与顶面的交点，同样进 行偏置，设为插统刀轨的最高刀位点，如图12中Ρ所示。
[0101] 3)刀轨干涉处理
[0102] 遍历所有刀轨，针对每个刀轨，以最高和最低刀位点为限制点，以刀轴为轴线，刀 具半径为半径，构建圆柱面，将圆柱面与零件模型进行相交求取，如果得不到相交元素或相 交元素为一个点，则此刀轨为正确刀轨，否则将此刀轨删除，如图12为最终刀轨情况。
[0103] 按照上述方法，可根据凸台间通道粗加工区域和加工方案，自动生成插铣加工轨 迹。
[0104] 步骤五，结合凸台间通道加工区域和精加工方案，调用CAM软件中对应的加工操 作方式，自动将精加工区域和加工参数赋值到对应操作中，并快速计算刀轨，如图13所示。
[0105] 1)将加工区域中所有侧面偏置精加工余量S的距离，作为精加工区域侧面，其他 加工区域底面、前后面、顶面不变。
[0106] 2)根据底面层铣加工方式从CAM系统中选取相应的加工操作，将精加工区域的几 何元素及工艺决策的结果自动赋到加工操作中，自动生成底面精加工的刀具轨迹，如图13 所示。
[0107] 按照上述方法，可根据凸台间通道精加工区域和加工方案，自动生成刀具加工轨 迹。
[0108] 本发明的航空发动机机匣特征识别方法（详见申请号为201410188103. 5的中国 专利申请）如图14,具体步骤包括：
[0109] 步骤1 :分析航空发动机机匣结构特点，定义满足机匣铣削加工要求的环形槽特 征和凸台特征类型；
[0110] 步骤2 :对机匣零件进行预设置并提取零件所有面、边信息；
[0111] 步骤3 :基于种子面、分型面及拓展规则进行面搜索，构建机匣环形槽特征和凸台 特征；
[0112] 步骤4 :提取机匣环形槽特征的所有信息，得到特征识别结果，存入XML文件。
[0113] 所述的分析航空发动机机匣结构特点，定义满足机匣铣削加工要求的环形槽特征 和凸台特征类型是指 ：
[0114] 通过分析机匣结构特点和加工特性，将机匣加工特征定义为环形槽特征和凸台特 征的组合，其中环形槽特征包含顶面、侧面、底角面和底面，且底面上长有周向分布的凸台 特征，其中每个凸台特征又包含顶面、侧面、底角面和底面。
[0115] 所述的对机匣零件进行预设置并提取零件所有面、边信息是指：
[0116] 预设置包含设定加工坐标系和选定分型面，规定将Z轴选为机匣回转轴线方向， X、Y轴不作限定；分型面选择与Z轴垂直且法向平行Z轴的最低平面；其中零件的面、边信 息包含面、边的几何信息及面、边与其相邻几何元素的连接关系。
[0117] 所述的种子面为基于拓展规则进行特征构建的初始值，环形槽特征的种子面为机 匣零件上的锥面、柱面及环形曲面；凸台特征的种子面为环形槽特征的底面列。
[0118] 所述的构建机匣环形槽特征时，首先根据机匣种子面依据底面拓展规则得到正确 的环形槽底面；再根据底面依据底角面拓展规则得到正确的底角面；再根据底角面依据侧 面拓展规则获得正确的侧面；最后根据侧面依据顶面拓展规则得到正确的顶面。
[0119] 所述的构建机匣凸台特征时，首先根据凸台种子面（即凸台的底面）依据凸台底 角面拓展规则得到正确的凸台底角面；再根据底角面依据侧面拓展规则获得正确的凸台侧 面；最后根据侧面依据顶面拓展规则得到正确的凸台顶面。
[0120] 机匣环形槽特征的所有信息按顶面、侧面、底角面、底面、凸台的顺序存入XML文 件，其中每个凸台特征包含凸台顶面、侧面、底角面和底面。
[0121] 本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1. 一种基于特征的机匣凸台间通道加工方法，其特征是它包括以下步骤： 步骤1 :在机匣零件特征定义和特征识别的基础上，在CAM环境下，通过自动读取机匣 特征信息或手动点选特征面的方式，得到一个或多个凸台间通道特征面列； 步骤2 :基于每个凸台间通道特征面列，结合铣削毛坯，自动构建加工区域； 步骤3 :根据加工资源库中的数据，采用自动和人工相结合的方法，进行工艺决策，得 到所选凸台间通道的插铣粗加工和层铣精加工工艺方案； 步骤4 :结合凸台间通道加工区域和粗加工工艺方案，自动生成插铣粗加工轨迹； 步骤5 :结合凸台间通道加工区域和精加工工艺方案，自动调用CAM软件中的对应操作 方式，将凸台间通道精加工区域和加工参数自动赋值到对应操作中，并自动计算刀轨，生成 精加工轨迹。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述的凸台间通道特征面列包含两类：凸台的 底面和凸台间通道所在两相邻凸台的顶面；采用自动和手动两种方式获得凸台间通道特征 面列，并且两种方式都支持单个和多个凸台间通道特征面列的提取或点选，可由操作人员 根据实际需要自由决定： 1) 采用自动获得凸台间通道特征面列是指：通过读取机匣特征识别结果，自动从特征 识别结果文件中提取出所需的凸台的顶面和底面信息； 2) 采用手动获得凸台间通道特征面列是指：通过人工点选模型中的凸台的顶面和底 面来手动构建凸台间特征面列。
3. 如权利要求1所述方法，其特征是所述的自动构建加工区域主要包含加工区域底面 的提取，侧面、前后面及顶面的构建；其中： 1) 加工区域底面提取；加工区域的底面为凸台间通道对应的两相邻凸台的底面，采用 权利要求2所述方法通过自动或手动的方式获得； 2) 加工区域侧面构建；提取凸台间通道对应的两相邻凸台的顶面，作为种子面，基于 全息属性面边图进行种子面拓展，获得此凸台间通道加工区域的侧面； 3) 加工区域前后面构建；机匣凸台间通道加工区域的前后面为凸台间通道沿机匣回 转轴方向的毛坯面；通过读取机匣铣削用毛坯模型自动获得，或通过加工区域侧面和底面 自动创建，将凸台顶面截平面与侧面的交线提取，偏置后延长与底面相交，在绕机匣回转轴 进行扫掠，得到加工区域的前后面； 4) 加工区域顶面构建；加工区域顶面为铁削毛还中与凸台顶面对应的回转面，如果读 取了机匣铣削毛坯模型，则可由凸台间通道所在凸台处的回转包络面自动获取加工区域顶 面；如果未读取则加工区域的顶面则可根据加工区域的侧面、前后面及所在凸台的顶面自 动构建加工区域顶面：将凸台顶面两截交线端点连线，沿凸台顶面外法向偏置一个凸台顶 面最大回转包络高度，将偏置线做母线，以机匣回转轴为轴线扫掠出加工区域顶面。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述的工艺决策包括刀具决策和加工参数决 策； 1) 刀具决策，根据加工区域顶面到底面的最大距离以及前后面最小距离确定刀具长度 限制值和刀具半径限制值，并根据刀具库中刀具类型，自动选用长径比合适的几种刀具或 由工程人员选用； 2) 加工参数确定，结合加工资源文件，参考以往粗、精加工的高效参数组合，自动确定 侧面、底面加工余量，轴向切深，径向切宽，以及主轴转速、进给速度，或由工程人员修改。
5. 如权利要求1所述方法，其特征是所述的自动生成粗加工插铣加工轨迹主要包含插 铣刀轴、刀位点的确定以及刀轨干涉的处理，具体步骤为： 1) 将加工区域侧面偏置刀具半径r+粗加工余量δ的距离，作为粗加工区域侧面，其他 加工区域底面、前后面、顶面不变； 2) 根据步骤1)的加工参数，采用沿加工区域底面法向插铣的加工方法，选用与机匣回 转轴垂直的截面分层策略对加工区域进行分层插铣，首先由刀具的信息及切宽值 ae计算 出截平面间距z，以z为间距，做一系列等距平面交底面，在每个平面内，以刀具信息和切宽 值ae为依据，构建出本平面上的所有刀轴； 3) 遍历每个刀轴，找到每个刀轴与底面的交点，并根据加工参数中底面和顶面的偏置 值，确定出最高、最低刀位点； 4) 刀轨干涉处理，遍历所有刀轨，针对每个刀轨，以最高和最低刀位点为限制点，以刀 轴为轴线，刀具半径为半径，构建圆柱面，将圆柱面与零件模型进行相交求取，如果得不到 相交元素或相交元素为一个点，则此刀轨为正确刀轨，否则将此刀轨删除。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征是所述的结合凸台间通道加工区域和精加工工艺 方案，自动调用CAM软件中的对应操作方式，将凸台间通道精加工区域和加工参数自动赋 值到对应操作中，并自动计算刀轨生成精加工轨迹是指： 1) 将加工区域中所有侧面偏置精加工余量s的距离，作为精加工区域侧面，其他加工 区域底面、前后面、顶面不变； 2) 根据底面层铣加工方式从CAM系统中选取相应的加工操作，将精加工区域的几何元 素及工艺决策的结果自动赋到加工操作中，生成底面精加工的刀具轨迹。
【文档编号】G05B19/4097GK104216335SQ201410444351
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】李迎光, 郝小忠, 马斯博, 刘旭 申请人:南京航空航天大学