一种飞机蒙皮镜像铣削后置处理方法与流程

本发明涉及一种机械加工技术，尤其是一种飞机蒙皮镜像铣削后置处理方法。

背景技术

由于飞机蒙皮镜像铣削相对于传统化铣相比具有高精度、小污染、能耗小、一次装夹完成蒙皮加工等优点，是航空绿色制造技术的典型代表。但是如何将cam软件编制的程序转换为机床可识别的nc程序是实现飞机蒙皮镜像铣削的前提。

五轴机床后置处理仅需将前置apt文件翻译、计算、转换为机床可识别的nc程序，而飞机蒙皮镜像铣削设备为双五轴设备，铣削过程中铣削刀具的位置和姿态与协同顶撑装置的位置和姿态时刻成镜像关系，同步协同运动。因此，在镜像铣削中需要计算主轴的位置和姿态，同时需要计算顶撑装置的位置和姿态。对于蒙皮厚度镜像铣削、切边、钻孔加工三种加工工艺，需要对其区分，采用不同的标识来进行解读。

技术实现要素：

本发明的目的是针对双五轴镜像铣削装置加工编程输出的apt点位程序仅为五轴铣头刀位点，提供一种飞机蒙皮镜像铣削后置处理方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种飞机蒙皮镜像铣削后置处理方法，包括以下步骤：

步骤一、在cam软件的刀轨编制过程中，依据待加工蒙皮厚度，标识不同加工厚度的刀轨语句段。同时，根据蒙皮厚度镜像铣削、切边、钻孔加工，标识不同加工策略的刀轨语句段；

步骤二、读取cam软件输出的刀位文件，根据上述信息判定离散刀轨点位的归属；

步骤三、根据离散刀轨点位的归属和点位位置及矢量计算切边和钻孔加工的nc程序及厚度镜像铣削nc程序，其中离散刀轨点位格式即前置刀位点为：，为前置刀具位置，为前置刀轴矢量，表示蒙皮加工目标壁厚；

步骤四、不断重复步骤三，直至整个飞机蒙皮镜像铣削apt文件均后置为nc程序输出为止。

优选的，所述飞机蒙皮镜像铣削后置处理方法为：

（1）顶撑装置位置处理方法：根据前置刀轴矢量和目标壁厚可计算顶撑装置矢量，进而计算顶撑装置位置，具体为：

（2）厚度镜像铣削nc程序的实现方法：

①当铣头和顶撑装置均为c-a双摆头结构时，铣头回转轴角度、通过铣头所在机床运动链进行平移和回转运动坐标变换得到：

坐标变换：

求解结果为：

其中为机床回转坐标系相对于加工坐标系的平移坐标变换，为刀具坐标系相对于机床回转坐标系的平移坐标变换；

顶撑装置回转角度、为，，将刀位的前置点位转换为镜像铣削nc程：。

②当铣头为c-a双摆头结构，顶撑装置为b-a双摆头结构时，铣头回转轴角度、按照①中所述方法得到，顶撑装置回转角度、通过顶撑装置运动链进行平移和回转运动坐标变换得到：

坐标变换：

求解结果为：

其中为顶撑装置回转坐标系相对于加工坐标系的平移坐标变换，为顶撑装置驱动点坐标系相对于顶撑装置回转坐标系的平移坐标变换；

将刀位的前置点位转换为镜像铣削nc程序：。

（3）切边nc程序的实现方法为：按（2）中所述方法得到铣头回转轴角度、，将刀位的前置点位转换为切边nc程序：。

（4）钻孔nc程序的实现方法为：按照（2）中所述方法得到铣头回转轴角度、，将刀位的前置点位转换为钻孔nc程序：。

原理：根据五轴铣头刀位点得到刀具点位和旋转角度、镜像顶撑装置运行点位和旋转角度，输出双五轴镜像铣削的nc程序，保证镜像铣削过程中铣削刀具的位置和姿态与协同顶撑装置的位置和姿态时刻成镜像关系，同步协同运动。当铣头回转轴角度或顶撑装置回转角度存在多组值时，若角度不超程，按照角度变化最小取值；若角度超程，设置安全距离，记录超程前前置刀位点，刀具和顶撑装置沿各自法向矢量计算空间点位，即实际加工过程中刀具和顶撑装置沿各自法向抬出。然后将回转角度变换为最小值，获取超程前前置刀位点新的nc程序。

本发明具有以下优点：

1、本发明区分了蒙皮厚度镜像铣削、切边、钻孔加工三种加工工艺及不同铣削厚度层，充分考虑了不同计算方法存在的情形。

2、本发明提出了飞机蒙皮镜像铣削设备后置处理方法，能够将不同蒙皮厚度、不同加工工艺的前置文件经翻译、计算为双五轴镜像设备可识别的nc代码和代码格式，为镜像铣削设备的应用提供算法依据。

附图说明

图1为飞机蒙皮镜像铣削坐标系统；

图2为飞机蒙皮镜像铣削铣头和顶撑装置随动示意图；

图中，1、工件；2、刀具；3、铣头；4、顶撑装置；其中，为加工工件坐标系；为刀具坐标系；为铣头回转坐标系；为顶撑装置驱动点坐标系；为顶撑装置回转坐标系；表示蒙皮加工目标工件壁厚；为前置刀具位置；为前置刀轴矢量；为顶撑装置矢量；为顶撑装置顶撑位置。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明做进一步详述：步骤一、在cam软件的刀轨编制过程中，依据待加工蒙皮厚度，标识不同加工厚度的刀轨语句段。同时，根据蒙皮厚度镜像铣削、切边、钻孔加工，标识不同加工策略的刀轨语句段。

thktar/待加工蒙皮厚度标识

mill/start厚度镜像铣削标识

drill/start钻孔标识

trim/start切边标识

步骤二、读取cam软件输出的刀位文件，根据上述标识信息判定离散刀轨点位的归属。读取某标识后直至下一个标识的出现，标明该程序按照上述标识判定归属。

步骤三、根据离散刀轨点位的归属和点位位置及矢量计算切边和钻孔加工的nc程序及厚度镜像铣削nc程序，其中离散刀轨点位格式即前置刀位点为：，为前置刀具位置，为前置刀轴矢量，表示蒙皮加工目标工件1壁厚。

所述的厚度镜像铣削nc程序是指读取厚度镜像铣削标识来判定程序段需要通过镜像后置处理算法获取nc程序；读取厚度值，通过矢量变换和空间回转坐标变换求解，得到铣头旋转角度、顶撑装置点位和旋转角度，得到nc程序，保证镜像铣削过程中铣削刀具2的位置和姿态与协同顶撑装置4的位置和姿态时刻成镜像关系，同步协同运动。具体实现方法为：

（1）顶撑装置位置处理方法：根据前置刀轴矢量和目标壁厚可计算顶撑装置矢量，进而计算顶撑装置位置，具体为：

（2）厚度镜像铣削nc程序的实现方法：

①当铣头3和顶撑装置4均为c-a双摆头结构时，铣头回转轴角度、通过铣头所在机床运动链进行平移和回转运动坐标变换得到。

铣头所在机床坐标变换：

其中为机床回转坐标系相对于加工坐标系的平移坐标变换，为刀具坐标系相对于机床回转坐标系的平移坐标变换。铣头所在机床平移和旋转矩阵为：

求解结果为：

为保证铣削时成镜像关系，顶撑装置回转角度、为，。将刀位的前置点位转换为镜nc程序：。以下面厚度标识、镜像铣削标识和前置刀位点为例进行验证。

thktar/1.2

mill/start

goto/627.54356,-1022.85924,291.14575,0.014675,0.564550,0.825268

采用镜像处理算法后得到结果为：

thcktarget1.200

x627.544y-1022.859z291.146a-34.384c-1.489xa=627.526ya=-1023.537za=290.155aa=34.371ca=-1.489

②当铣头3为c-a双摆头结构，顶撑装置4为b-a双摆头结构时，铣头回转轴角度、按照①中所述方法得到，顶撑装置回转角度、通过顶撑装置运动链进行平移和回转运动坐标变换得到。

顶撑装置坐标变换：

其中为顶撑装置回转坐标系相对于加工坐标系的平移坐标变换，为顶撑装置驱动点坐标系相对于顶撑装置回转坐标系的平移坐标变换。顶撑装置平移和旋转矩阵为：

求解结果为：

将刀位的前置点位转换为镜像nc程序：，保证铣削时成镜像关系。以下面厚度标识、镜像铣削标识和前置刀位点为例进行验证。

thktar/1.2

mill/start

goto/627.54356,-1022.85924,291.14575,0.014675,0.564550,0.825268

采用镜像处理算法后得到结果为：

thcktarget1.200

x627.544y-1022.859z291.146a-34.384c-1.489xa=627.526

ya=-1023.537za=290.155aa=-34.371ba=1.019

所述的切边的nc程序是指读取切边标识来判定程序段需要按照（2）中所述方法得到铣头回转轴角度、，将刀位的前置点位转换为切边nc程序：。

所述的钻孔的nc程序是指读取切边标识来判定程序段需要按照（2）中所述方法得到铣头回转轴角度、，将刀位的前置点位转换为钻孔nc程序：。

所述的铣头回转轴角度或顶撑装置回转角度存在多组值时，若角度不超程，按照角度变化最小取值；若角度超程，设置安全距离，记录超程前前置刀位点，刀具和顶撑装置沿各自法向矢量计算空间点位，即实际加工过程中刀具和顶撑装置沿各自法向抬出。然后将回转角度变换为最小值，获取超程前前置刀位点新的nc程序。

步骤四、不断重复步骤三，直至整个飞机蒙皮镜像铣削apt文件均后置为nc程序输出为止。