一种基于边界延拓的腹板加工单元自动构造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于边界延拓的腹板加工单元自动构造方法，用于飞机结构件腹 板的快速编程，属于飞机数字化制造技术领域。
【背景技术】
[0002] 大型整体结构件中存在大量的腹板面，这些特征精加工编程时需要进行大量的交 互式操作，包括几何元素的构建，操作步参数的设置。为此，亟需提高飞机结构件腹板编程 的自动化水平，而腹板加工单元自动构造是自动生成腹板加工操作的关键。
【发明内容】
[0003] 本发明提供一种基于边界延拓的腹板加工单元自动构造方法，该方法可用于自动 构造腹板特征的加工导动元，并将其作为型腔加工操作的导动元素，生成的刀轨能保证腹 板特征被有效加工，避免腹板加工产生残留、干涉及过切等问题。
[0004] 本发明主要思想是通过整体延拓腹板面的边界，再通过硬边界进行约束，避免加 工时产生过切，保证软边界的每一点均可加工。
[0005] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的；
[0006] -种基于边界延拓的腹板加工单元自动构造方法，其主要步骤如下：
[0007] (1)边界拓展：将腹板面的内环和外环均向腹板面外侧偏置一个刀具直径，形成 新的内环与外环，由这些新环构成新的待加工区域，实现腹板面的延拓；
[0008] (2)硬边界约束：利用腹板所在的型腔边界对延拓后的腹板面，进行约束，防止在 型腔的硬边界产生过切；
[0009] (3)面域组合：处于同一底面高度，可能存在多个腹板面，经过延拓后，两两间可 能存在相交，合并这些延拓后的面域，避免重复加工；
[0010] (4)加工单元构造：将加工导动元与切削参数、进退刀参数进行组合，形成加工单 J1_1〇
[0011] 所述的步骤（1)边界拓展的具体步骤如下：
[0012] 已知刀具t，半径为rt，腹板面域w= (1。，{ln,li2，…，lin})，其中1。为w的外 环，ln，li2，…，lin均为w的内环。将1。，ln，li2，…，lin按照序列构造成多条基线链，设为 Ebl，Eb2，…，Ebn，其中Ebl中线段序列为逆时针存储，Eb2，…，Ebn中线段序列为顺时针存储，n 为内环个数；
[0013] (1. 1)外环1。延拓：以半径r' =2rt的刀具滚圆，放置于基线链Ebl的右侧并按逆 时针滚动，形成距线链Edl;
[0014] (1.2)内环ln，li2，…，1&延拓：与外环延拓相似，以半径r' =2rt的刀具滚圆， 分别放置于基线链Eb2，…，Ebn的右侧并按顺时针滚动，生成的距线链序列为Ed2,Ed3，…，Edm， m>0,由于可能产生自交与退化，距线链序列中距线链的个数m不一定等于基线链个数n;
[0015] (1.3)面域重构：以Edl为外环，已必已砂…^-为内环肩建延拓面域^实现面域 f的重构。
[0016] 所述的步骤（2)硬边界约束符合如下规则：
[0017] 设，在给定刀具、轮廓边界和岛屿边界前提下，刀具可加工的一系列互不相交的面 域称为可工面域集，表示为Fa;
[0018] Fa中的每个面域称为可工面域，表示为匕=(e。， 轮廊边界，en,ei2,ei3, . . .，ein为岛崎边界，e。和en,ei2,ei3, . . .，ein均对腹板面加工存在约 束作用，可避免腹板面产生过切及干涉；
[0019] 具体约束规则为：
[0020] (2. 1)设腹板加工刀具为t，可工面域集为Fa={fal，fa2，…，fam}，m>l，腹板面域为 f，f的拓展面域为fv，如果存在
，则用fai对f連行约束，取f」=fainfv的外 环作为型腔加工操作的轮廓导动元，内环作为型腔加工操作的岛屿导动元。
[0021] 所述的步骤（3)面域组合符合如下规则：
[0022] 当同一个型腔中存在多个腹板面时，不同腹板面在边界延拓后形成的导动元可能 存在相交，对存在相交的约束面域进行组合，以构成新的导动元；
[0023] 具体面域组合规则如下：
[0024] (3. 1)设型腔内包含的腹板面序列为、w2, . . .wn，腹板面W」对应的约束面域 分别为心，fj，1彡i彡n，1彡j彡n并且i彡j，如果
则取圮=fiUf』，并从 Wpw2, . . .wn中移除Wj，实现腹板面Wi，Wj的合并；
[0025] (3.2)按照规则（3. 1)合并型腔内的腹板面序列Wl，w2，...wn，形成新的腹板面序 列wr，w2,，? ? ?wn，，m<n，则wr，w2,，? ? ?wn，满足以下条件：
并且i<j，并且加工wr的轮廓导动元Sfi的外环，岛屿导动元为f 内环。
[0026] 本发明的有益效果：本发明提出的方法适用于实现不同类型的腹板面加工单元的 自动构造，主要是实现腹板加工导动元的自动构造，包括全硬边界腹板面、全软边界腹板面 及软硬边界混合腹板面，为实现腹板快速编程提供关键技术基础，缩短飞机结构件腹板编 程效率。显著降低工艺员的劳动工作量。应用该方法，可以实现飞机结构件腹板加工单元 构造，为飞机结构件腹板快速编程提供技术基础，从而提高腹板编程效率。
【附图说明】
[0027] 图1为飞机结构件典型腹板面示意图。
[0028] 图2为腹板外环边界延拓示意图。
[0029] 图3(a)至图3(c)为基于型腔边界的硬边界约束过程示意图。
[0030] 图4(a)至图4(c)约束面域组合后生成的轮廓导动元过程示意图。
[0031] 图5为本发明整体流程图。
【具体实施方式】
[0032] 本发明是建立在CAD/CAM系统平台上，实现飞机结构件腹板加工单元自动构造的 一种方法。
[0033] 下面结合附图对本发明的实施例进行详细的说明。
[0034] 一种基于边界延拓的腹板加工单元自动构造方法，其主要步骤如下：（1)边界拓 展；（2)硬边界约束；（3)面域组合；（4)加工单元构造。
[0035] 上述步骤的具体实施过程如下：
[0036] (1)边界拓展：已知刀具t，半径为rt，腹板面域w= (1。，{ln，li2，…，lin})，其中1。 为w的外环，ln，li2，…，lin均为w的内环。将1。，ln，li2，…，lin按照序列构造成多条基线 链，设为Ebl，Eb2，…，Ebn，其中Ebl中线段序列为逆时针存储，Eb2，…，Ebn中线段序列为顺时针 存储，n为内环个数，则边界延拓步骤如下：
[0037] (1. 1)外环1。延拓：以半径r' =2rt的刀具滚圆，放置于基线链Ebl的右侧并按逆 时针滚动，形成距线链Edl。图1所示的腹板面外环，由滚圆法生成的距线链如图2所示。
[0038] (1.2)内环ln，li2，…，1&延拓：与外环延拓相似，以半径r' =2rt的刀具滚圆， 分别放置于基线链Eb2，…，Ebn的右侧并按顺时针滚动，生成的距线链序列为Ed2,Ed3，…，Edm， m>0,由于可能产生自交与退化，距线链序列中距线链的个数m不一定等于基线链个数n。
[0039] (3)面域重构：以Edl为外环，Ed2,Ed3，…，Edni为内环，构建延拓面域fv，实现面域f 的重构。
[0040] (2)硬边界约束
[0041] 在给定刀具、轮廓