基于加工特征中间状态刚性的数控编程非均匀余量配置方法与流程

本发明涉及一种精加工方法，尤其是一种精加工的余量优化方法，具体地说是一种基于加工特征中间状态刚性的非均匀余量实现方法。

背景技术：

飞机结构件的尺寸大，结构复杂，加工精度要求高，薄壁件很多，为使加工变形不会过大，在加工过程中往往要保证整体刚性要求，传统的均匀余量编程由于没有考虑加工顺序，所有的加工面精加工都分配同样的余量，但实际上由于加工顺序问题，导致不同的加工面其相邻加工特征的中间加工状态不同，因此加工面所对应的壁厚不同，而分配均匀的余量则导致在加工过程中会使某些加工面的余量分配不合理，从而使零件整体刚性降低，最终变形过大，使零件整体加工效率低下。

针对薄壁件均匀余量配置所带来的变形问题，考虑基于加工特征的中间状态以及其刚性的非均匀余量配置通过加工工艺与加工特征得到基于加工特征的加工顺序，从而根据加工顺序构建基于加工特征的中间状态模型，并根据每个加工特征中间状态，以不同加工面对应的刚性作为衡量，为不同加工面分配不同的精加工余量值，使得在加工过程中余量非均匀分配，并自动生成非均匀余量的加工驱动几何，从而使加工过程能够保证整体刚性要求，提高加工质量。

技术实现要素：

本发明的目的是针对传统均匀余量编程方法不能保证整体零件刚性要求，导致加工零件变形过大的问题，发明一种基于加工特征中间状态刚性的非均匀余量配置方法，通过加工特征的加工顺序构建中间加工状态模型，考虑加工特征中间状态与其刚性，为精加工合理分配非均匀余量，使加工过程能够保证整体刚性要求，提高加工质量。

本发明的技术方案是：

一种基于加工特征中间状态刚性的非均匀余量配置方法，其特征是根据加工特征的加工顺序，基于加工特征构建中间状态模型，考虑零件的加工特征中间状态及其刚性问题，与传统的均匀余量配置不同，为精加工合理分配非均匀余量，并自动生成加工驱动几何，实现基于加工特征中间状态刚性的非均匀余量配置，使加工过程能够保证整体刚性要求，提高加工质量。

加工顺序是指基于加工特征的加工顺序，通过从加工工艺树中提取的工艺信息中每个加工操作的加工特征标识符对应到零件几何的加工特征，然后通过加工操作的顺序得到加工特征的加工顺序。

基于加工特征构建中间状态模型的构建方法为：首先从零件最终状态模型中提取几何信息，通过分析零件的结构特征和加工特点，对零件进行加工特征分类，其次从加工工艺树中提取工艺信息，并按照加工操作中的加工特征标识符与几何特征所对应，最后根据特征加工顺序对每一次加工特征的中间状态几何依序进行构建，不同的加工顺序对应不同的中间加工状态。

加工特征中间状态几何表示为粗加工后的模型减掉已加工特征的加工单元：

式中PG表示当前加工特征中间状态几何，RG表示粗加工后的几何，FG_i为零件的第i个加工特征对应的精加工单元的几何，k表示当前已加工的特征数目。

所述的加工特征中间状态的刚性，考虑到优化的是精加工余量，对于复杂薄壁结构件，由于壁厚较大的刚性较好，壁厚较小的刚性较差，而加工面面积较大的刚性较差，面积较小的刚性较好，因此提出刚性衡量指标ε，以当前加工特征中间状态下该加工面对应的壁厚与面积的比值衡量某一加工面的刚性。其中计算加工面所对应壁厚的方法步骤如下：

步骤一：在当前加工特征中间状态模型上，计算该加工面的几何中心P₁，过该点沿法向作直线L₁。

步骤二：记下L₁从P₁开始沿法向反方向第一个相交的面F₁以及L₁与F₁相交的点P₂。

步骤三：计算点P₁与点P₂的直线距离，即为该加工面对应壁厚值。

得到该加工面的壁厚值δ后，计算该加工面面积A，以其比值作为刚性指标，得到指标

所述的为精加工合理分配非均匀余量即以加工面壁厚值为依据优化该面对应精加工余量，余量优化计算方法步骤如下：

步骤一：根据零件整体尺寸与最终几何模型，设定加工余量取值范围，即加工余量最大值Z_max＝4.0mm以及最小值Z_min＝0.5mm。

步骤二：对于一个加工特征上的所有面分别计算其壁厚，然后得到每个面对应的刚性指标ε_i，并计算一个加工特征中所有加工面刚性指标的平均值：

式中ε_avg是一个加工特征所有加工面的平均刚性指标，n是一个加工特征所有加工面的个数。

步骤三：对比每个加工面的刚性指标，比平均刚性指标大的相应减少余量，比平均刚性指标小的相应增加余量：

式中Z_i表示优化后的余量值，Z_pi表示优化前的余量值，ε_i表示每个面对应的刚性衡量指标值，ε_max表示一个加工特征所有加工面刚性指标的最大值，ε_min表示一个加工特征所有加工面刚性指标的最小值。

步骤四：若优化后的余量大于预设定的最大余量值Z_i＞Z_max，则余量值取最大余量值，即Z_i＝Z_max；若优化后的余量小于预设定的最小余量值Z_i＞Z_min，则余量值取最小余量值，即Z_i＝Z_min。

所述的自动生成加工驱动几何，即每个加工面根据其刚性衡量指标得到的余量值，将加工驱动几何相应偏置，自动生成新的加工驱动几何。

对于加工特征中间状态的刚性，考虑到优化的是精加工余量，对于复杂薄壁结构件，由于壁厚较大的刚性较好，壁厚较小的刚性较差，而加工面面积较大的刚性较差，面积较小的刚性较好，因此提出刚性衡量指标，以当前加工特征中间状态下该加工面对应的壁厚与面积的比值衡量某一加工面的刚性。

为精加工合理分配非均匀余量即以加工面所在特征的刚性指标为依据优化该面对应精加工余量，每一次余量的优化应在一个加工特征内进行，先计算出一个加工特征内所有加工面对应刚性指标的平均值，对比一个加工特征内每个加工面的刚性衡量指标，比平均刚性指标大的加工面相应减少余量，比平均刚性指标小的加工面相应增加余量，设置余量的可行值范围，即余量最大值和最小值阈值，若优化后的余量大于预设定的最大余量值，则余量值取最大余量值；若优化后的余量小于预设定的最小余量值，则余量值取最小余量值。得到每个加工面的余量值后，使用该值为加工驱动几何偏置，自动生成新的加工驱动几何。

本发明的有益效果：

本发明实现了考虑加工特征中间状态刚性的精加工余量的优化，使用非均匀余量分配能有效提高零件整体刚性，保证零件的加工质量和精度。

附图说明

图1为本发明基于加工特征中间状态刚性的非均匀余量配置方法流程图。

图2为本发明的示例零件示意图。

图3为示例零件加工特征的加工顺序示意图。

图4为示例零件计算壁厚值示意图。

图5为示例零件分配非均匀余量的加工特征示意图。

图6为示例零件自动生成加工驱动几何示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

以图2所示的飞机结构件的槽特征作为例，结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

图1是本发明的基于加工特征中间状态刚性的非均匀余量编程方法流程图，它主要由加工特征中间状态几何模型的创建和精加工非均匀余量优化配置两部分组成。具体包括以下步骤：

1、对零件体进行加工特征识别，通过分析零件的结构特征和加工特点，对零件进行加工特征分类。

2、选择加工工艺树，从树上获取与加工特征相关的加工操作，并根据加工操作中的加工特征标识符与加工特征进行对应，得到不同加工特征对应的加工操作，并根据加工操作在加工工艺树上的顺序，得到加工特征的加工顺序，如图3所示。

3、根据加工特征的加工顺序，构建基于加工特征的中间加工状态。将当前未加工特征所有加工面加上精加工余量构建当前加工特征对应的中间加工状态几何，依次类推得到每一个加工特征对应的中间加工状态几何。

4、针对每一个加工特征的中间加工状态几何，计算当前加工特征中每一个面的壁厚值。计算方法如下：

步骤一：在当前加工特征中间状态模型上，计算该加工面的几何中心P₁，过该点沿法向作直线L₁。

步骤二：记下L₁从P₁开始沿法向反方向第一个相交的面F₁以及L₁与F₁相交的点P₂。

步骤三：计算点P₁与点P₂的直线距离，即为该加工面对应壁厚值。如图4所示，通过计算可得P₁P₂的直线距离，即该加工面所对应的壁厚值为4mm。

对于复杂薄壁结构件，由于壁厚较大的刚性较好，壁厚较小的刚性较差，而加工面面积较大的刚性较差，面积较小的刚性较好，因此应结合两点，考虑加工某一面的刚性以该加工面对应的壁厚与面积的比值为衡量基准。该加工面的面积A为5401.5mm²，通过计算可得该加工面的刚性衡量指标ε＝7.41。

5、对于每个加工特征，为基于加工特征中间状态刚性分配非均匀余量，需计算一个加工特征中所有加工面的刚性衡量指标的平均值，对比一个加工特征内每个加工面的刚性衡量指标，比平均刚性衡量指标大的加工面相应减少余量，比平均刚性衡量指标小的加工面相应增加余量。设置余量的可行值范围，即余量最大值和最小值阈值，若优化后的余量大于预设定的最大余量值，则余量值取最大余量值；若优化后的余量小于预设定的最小余量值，则余量值取最小余量值。余量优化计算步骤如下：

步骤一：根据零件整体尺寸与最终几何模型，设定加工余量取值范围，即加工余量最大值Z_max＝2.5mm以及最小值Z_min＝0.3mm。

步骤二：对于一个加工特征上的所有面分别计算其壁厚，然后得到每个面对应的刚性衡量指标ε_i，如图5所示的槽，通过上一步计算可得当前加工特征中间状态下每个面壁厚分别为4mm、3mm+1.2mm(该面未加工，需加上精加工余量)、4mm、3mm，每个面对应的刚性衡量指标为7.41、8.53、7.41、9.95，并计算该加工特征中所有加工面刚性衡量指标的平均值：

步骤三：对比每个加工面的刚性衡量指标，比平均刚性衡量指标大的相应减少余量，比平均刚性衡量指标小的相应增加余量，从工艺树上得到的当前余量值Z_pi＝1.2mm，因此按照如下公式：

计算该槽特征每个加工面优化后的余量值为1.63mm、1.11mm、1.63mm、0.43mm。

6、得到每个加工面分配的非均匀余量值后，使用该值为加工驱动几何偏置，自动生成新的加工驱动几何，如图6所示。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。