专利名称：飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法
技术领域：
本发明是一种飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，主要用于飞机整体结构件数控编程中加工方案的快速生成，为专业化、智能CAD/CAPP/CAM集成系统“飞机复杂构件快速数控加工准备系统”提供零件加工方案快速生成的一种方法，属于飞机数字化数控编程技术领域。
背景技术：
计算机、编程以及高速切削加工等数控相关技术的快速发展与广泛应用推动了飞机结构件制造技术的发展，现代飞机普遍采用性能优越的整体薄壁结构件(范玉青.航空宇航制造工程[M].重庆重庆出版社，2001)。但是，由于整体结构件具有结构复杂、制造精度要求高且加工难度大等特点(Yu Fangfang，Du Baorui，Ren Wenjie，ZhengGuolei，Chu Hongzhen.Slicing Recognition of Aircraft Integral PanelGeneralized Pocket[J].Chinese Journal of Aeronautics，2008，(21)585-592)，现有的工艺准备和数控编程方式已成为进一步提高飞机整体结构件制造质量和效率的最主要制约因素。例如，对于一个壁板类零件，其数控加工的时间一般在2～3天，然而编制该类零件的数控加工程序却需要1～2个月的时间，编程时间远大于加工时间。究其根源，主要有以下两个方面一是加工方案知识化、规范化、标准化水平低，加工方案生成效率低下；二是编程过程自动化程度低，需要通过人机交互方式设置各种加工选项和加工参数。因此，研究和开发飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，提高数控加工方案生成效率以及数控编程智能化水平已成为高效数控加工技术急需解决的问题。
发明内容
为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，该方法可完成加工方案的知识化、规范化、标准化，为“飞机复杂构件数控加工准备系统”提供加工方案的快速生成，从而提高加工方案生成效率，缩短数控加工准备周期，提高数控加工效率。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的 一种飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，该方法实现的主要步骤有1)加工工艺信息获取；2)加工方案结构树构建；3)加工方案编辑界面生成；4)加工方案的快速编制；5)加工方案有效性检查；6)方案输出。
所述的步骤1)加工工艺信息获取的主要内容有零件基本信息如尺寸、类型、材料，整体控制策略如加工顺序、走刀路线，加工部位，加工操作类型，制造设备如机床、刀具及工装，切削参数，以及工序、工步，可表示为由属性ai(1≤i≤n，n为属性的个数)组成的属性集合 S＝{a1，a2，…，an}① 所述的步骤2)加工方案结构树构建是将由步骤1)获取的加工工艺信息知识化，并构建出加工方案结构树；加工方案结构树为多叉树(Tree)结构，自顶而下具有7层节点，其层级l从1至7，各层节点类型依次为零件节点(MPartNode)、机床节点(MToolNode)、加工侧向节点(MSideNode)、工序节点(ProcedureNode)、工步节点(SetupNode)、程序节点(ProgrameNode)与刀具节点(CutterNode)；加工方案结构树构建流程如下 (1)构建结构树的根节点，根据零件基本信息以及整体控制策略创建结构树根节点； (2)严格参照各层之间的关联关系，根据各层级节点对应的工艺信息，创建各级别的节点，然后确定这些节点之间的关系，包括父子关系和同级别节点的位置排列问题，实现节点之间关系确定的方法如下 <1>父子关系确定相邻父子层级节点的层号必须满足Lf-Lc＝1，Lf为父节点层级号，Lc为子节点层级号； <2>同级别节点排列顺序确定按照实际加工工艺规划的流程来完成除根节点外的其他所有节点顺序的安排； (3)完成加工方案结构树构建，该结构树构建依赖的BNF定义模型如下 <加工方案>::＝Scheme:<零件节点> <零件节点>::＝MPartNode:<零件信息><整体策略信息>{<机床节点>} <零件信息>::＝PartInfo:<零件类型><毛坯类型><毛坯材料><零件尺寸><特征信息> <特征信息>::＝FeatureInfo:{<特征类型><特征数量>} <整体控制策略>::＝Strategy:<加工阶段><XY方向区域拆分><整体走刀方式> <加工阶段>::＝MPhase:<粗加工>|<半精加工>|<精加工> 零件类型::＝PT毛坯类型::＝RT 毛坯材料::＝RM零件尺寸::＝PS <机床节点>::＝MToolNode:<机床信息>{加工侧向节点>} <加工侧向节点>::＝MONode:<加工侧向信息>{工序节点>} <工序节点>::＝ProcedureNode:<工序信息>{工步节点>} <工序信息>::＝ProcedureInfo:<加工阶段><工序编号><备注>... <工步节点>::＝SetupNode:<工步信息>{程序节点>} <工步信息>::＝SetupInfo:<工步编号>[{<加工部位><加工方式>}]... <程序节点>::＝ProgrameNode:<程序信息>{刀具节点>} <程序信息>::＝ProgrameInfo:<程序编号><备注>... <程序编号>::＝ProgrameNum:<“工序编号”+“工步编号”+“程序序号”> <刀具节点>::＝CutterNode:<刀具信息>[<刀具关联关系>]{<切削余量><切削参数>}... <刀具信息>::＝CutterInfo:<直径><底面半径><下刀深><备注>... <刀具关联关系>::＝Relationship:<拆分类型><拆分数量>{<关联刀具>} <刀具直径>::＝D<底面半径>::＝Rc <下刀深>::＝<切削余量>::＝δ <拆分数量>::＝SplitCount <关联刀具>::＝RelateCutter 所述步骤3)加工方案编辑界面生成是将步骤2)构建的加工方案结构树采用XML进行底层数据结构的组织与存储，为了方便后续人机交互定制与编辑加工方案，加工方案结构树需要提供人机交互编辑修改界面，其实现的具体流程为 (1)读取XML存储的加工方案结构树XML_Tree各节点数据信息及各节点之间的关联关系，包括父子关系，同层级节点的位置顺序； (2)在CAD/CAM系统中构建对应的加工工艺树Mach_Tree，并建立XML_Tree与Mach_Tree两种结构树之间的对应关系； (3)根据(1)获取XML_Tree数据信息，以及(2)获取的两种结构树之间的对应关系，完成Mach_Tree中各节点信息的设置，从而完成CAD/CAM系统中加工工艺树Mach_Tree的构建，即完成了加工方案编辑界面的生成。
所述的步骤4)加工方案的快速编制包括节点操作与整体控制两种(1)节点操作是针对节点进行设置，主要可以分为新建、插入、编辑、拆分、合并、删除；(2)整体控制为从宏观上对工艺规程进行加工顺序规划，调整零件整体控制策略，采用网格划分法，对零件加工区域进行整体划分，对整体的加工顺序和局部网格内的特征加工顺序进行控制，以减少零件加工过程中的变形。
所述的节点拆分操作包含两种 (1)非刀具节点的拆分，其实现的具体流程为首先指定需要进行拆分的节点split_Node以及拆分的个数split_Count，设split_Node的父节点为F_Split_Node，split_Node为F_Split_Node中Z个子节点中的第i个子节点，1≤i≤Z，然后构建出split_Count减1个与split_Node相同的节点，最后将新构建的节点插入到split_Node的后面，作为F_Split_Node的第i+1，...，i+split_Count-1个子节点； (2)刀具节点的拆分，其实现的具体流程如下 <1>获取拆分原刀具为CutterNode c(1≤c≤cmax)，拆分数量为p(p≥2)，其程序父节点为ProgrameNode_n，该程序节点具有cmax个刀具子节点，将这些刀具节点分组如下 ② <2>用子刀具组Groupk′{CNk′}，1≤k≤p替换Group2{CNc}，刀具分组如下 Gp1{CN1，CN2，…CNc-1} Gp1′{CN1′} Gp2′{CN2′} Gpp′{CNp′} Gp3{CNc+1，CNc+2，…CNc+cmax} ③ <3>当c＝1或cmax时，参照③式执行类似操作。此时原程序父节点的子节点数由cmax个变为cmax+p-1个，被分为GN组，GN取值如下
④ <4>用GN个新程序节点ProgrameNode_n，...，ProgrameNode_n+GN-1作为各组刀具节点的父节点，替换原始父节点ProgrameNode_n，完成刀具节点的拆分。
所述的整体控制具体实现流程为 (1)获取零件模型在当前加工坐标系下的最小包围盒minMathBox； (2)从外部获取横向和纵向网格划分的个数，分别为X_Count和Y_Count； (3)首先将最小包围盒minMathBox在当前加工坐标系的XY平面上进行投影，得到覆盖区域XY_Area，然后根据X_Count和Y_Count分别对XY_Area的X方向和Y方向按照等分原则进行网格划分，生成m个大小相同的网格块G1，G2,...，Gm，m＝X_Count×Y_Count；再根据外部输入的飞机复杂构件特征识别结果，获取在当前加工坐标系下结构件中每个特征的中心点Pc(Px，Py，Pz)，以及网格块Gi的两对角角点分别为Plow(lx，ly，lz)，Phigh(hx，hy，hz)，1≤i≤m；判断中心点Pc与网格块Gi的关系如果同时满足lx≤Px≤hx，ly≤Py≤hy，则Pc所关联的特征在网格块Gi内部；否则Pc所关联的特征不在网格块Gi内； (4)对划分后的网格进行加工顺序控制，飞机复杂构件为了减少变形，加工过程中采用对称加工顺序，其加工顺序安排方法为 <1>首先，以X轴为对称轴将网格区域划分为两大区域A，B； <2>在大区域内部参照往复切削的方式进行顺序控制； <3>在大区域之间采用对称加工方式进行顺序控制； (5)根据(4)生成的网格块的加工顺序，以及(3)获取的特征与网格块的关系，进而可以获取到飞机复杂构件中加工特征的加工顺序。
所述的步骤5)加工方案有效性检查的实现流程为 (1)从加工方案结构树中获取刀具信息，获取方法为针对同一个加工部位，依次提取出加工该部位的粗加工、精加工腹板、半精加工、精加工以及切断加工中的刀具节点，构建成一个刀具链表ListOfTools，链表中元素个数为N，并依次将上述获取的刀具节点添加到该链表中； (2)从ListOfTools分别提取出每把刀具的加工余量δ，直径D，下刀深t，底面半径Rc； (3)按照ListOfTools中各刀具的先后使用顺序，对加工方案进行如下检查 <1>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的加工余量δ1，δ2，...，δN。判断δ1，δ2，...，δN是否依次严格非增，即依次递减或相等，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则，进入<2>； <2>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的刀具直径D1，D2，...，DN。判断D1，D2，...，DN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则进入<3>； <3>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的下刀深t1，t2，...，tN。判断t1，t2，...，tN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则进入<4>； <4>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的底面半径Rc1，Rc2，...，RcN。判断Rc1，Rc2，...，RcN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则表明加工方案有效； (4)有效性检查标记逻辑错误位置、显示错误类型，以提高工艺人员修改的针对性与准确性。
所述的步骤6)方案输出，即工艺卡片输出，其实现的流程为 (1)分析企业加工工艺规程中各种卡片表格的格式和内容，提取相应的规则； (2)创建上述加工方案中工艺数据信息与工艺卡片单元格的映射关系； (3)将方案中的数据信息自动添加到工艺卡片中，以实现工艺卡片的自动生成。
本发明的有益效果应用本发明提出的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法的效果如下(1)对加工方案进行了规范化定义，创造性地将实际的加工方案信息化、规范化，实现了加工方案的知识化表达及其重用，提高加工方案编制的效率与准确性；(2)方案快速操作方法为人机交互编辑方案提供方便，极大地提高方案编制的效率；(3)采用有效性检查方法对方案进行检验，将显著提高加工方案的正确性，减少人工编辑修改的时间。总之，采用本发明提出的加工方案快速生成方法将极大提高数控编程效率及正确性，，减少工艺人员工作量，降低零件数控编程对工艺人员的依赖程度，缩短加工准备周期，提高数控加工生产率。
图1为飞机复杂构件加工方案快速生成总体结构及运行流程图。
图2为加工方案结构树模型。
图3为需进行双侧加工的零件实例，每侧含有一个槽特征和一个顶部平面需要加工。
图4为双侧加工零件实例的加工侧节点在加工方案结构树中的位置说明。
图5为双侧加工零件实例生成的加工方案结构树。
图6为加工方案结构树中刀具节点拆分过程说明图。
图7为零件加工区域网格划分，以及采用对称加工顺序时网格块的加工顺序安排说明图。
具体实施例方式 下面结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，本实施例是在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的实现过程，但是本发明的保护范围不限于下述实施实例。
本发明是建立在CAD/CAM系统平台上，实现“飞机复杂构件快速数控加工准备系统”中飞机复杂构件加工方案快速生成的一种方法。
图1是飞机复杂构件数控加工方案快速生成的总体结构及运行流程图，本发明提出的加工方案快速生成方法实施的详细步骤如下 步骤1)加工工艺信息获取(S1)，其获取的主要内容有零件基本信息(尺寸、类型、材料)、整体控制策略(加工顺序、走刀路线)、加工部位、加工操作类型、制造设备(机床、刀具及工装)、切削参数、以及工序、工步，可表示为由属性ai(1≤i≤n，n为属性的个数)组成的属性集合 S＝{a1，a2，…，an} ① 步骤2)加工方案结构树构建(S2)，即为将步骤1)中获取的加工工艺信息知识化，并以这些工艺信息为基础构建出加工方案结构树。加工方案结构树为多叉树(Tree)结构，自顶而下具有7层节点。
图2所示为构建的加工方案结构树模型，其层级l从1至7，各层节点类型依次为零件节点(MPartNode)、机床节点(MToolNode)、加工侧向节点(MSideNode)、工序节点(ProcedureNode)、工步节点(SetupNode)、程序节点(ProgrameNode)与刀具节点(CutterNode)。加工方案结构树构建流程如下 (1)构建结构树的根节点，根据零件基本信息以及整体控制策略创建结构树根节点，如图2所示层级号为1的节点(MPartNode)； (2)严格参照各层之间的关联关系，根据各层级节点对应的工艺信息，创建各级别的节点，然后确定这些节点之间的关系，包括父子关系和同级别节点的位置排列问题，实现节点之间关系确定的方法如下 <1>父子关系确定相邻父子层级节点的层号必须满足Lf-Lc＝1，Lf为父节点层级号，Lc为子节点层级号； <2>同级别节点排列顺序确定按照实际加工工艺规划的流程来完成除根节点外的其他所有节点位置的安排； 图3为双侧加工零件的实例，每个侧向都含有一个槽结构和一个顶面，此时加工的过程规划为Side_B侧顶部平面铣——Side_A侧顶部平面铣、粗加工内外形以及精加工腹板——Side_B侧半精加工内外形——Side_A侧半精加工内外形、转角加工、精加工内外形——Side_B侧转角加工、精加工内外形以及切断加工。
图4为按照上述加工工艺规划过程，加工侧向节点Side_A和Side_B在加工方案结构树中的位置排列说明图； (3)完成加工方案结构树构建； 图5为图3所示双侧加工零件的实际加工方案结构树，构建该加工方案结构树依赖的BNF定义模型如下 <加工方案>::＝Scheme:<零件节点> <零件节点>::＝MPartNode:<零件信息><整体策略信息>{<机床节点>} <零件信息>::＝PartInfo:<零件类型><毛坯类型><毛坯材料><零件尺寸><特征信息> <特征信息>::＝FeatureInfo:{<特征类型><特征数量>} <整体控制策略>::＝Strategy:<加工阶段><XY方向区域拆分><整体走刀方式> <加工阶段>::＝MPhase:<粗加工>|<半精加工>|<精加工> 零件类型::＝PT毛坯类型::＝RT 毛坯材料::＝RM零件尺寸::＝PS <机床节点>::＝MToolNode:<机床信息>{加工侧向节点>} <加工侧向节点>::＝MONode:<加工侧向信息>{工序节点>} <工序节点>::＝ProcedureNode:<工序信息>{工步节点>} <工序信息>::＝ProcedureInfo:<加工阶段><工序编号><备注>... <工步节点>::＝SetupNode:<工步信息>{程序节点>} <工步信息>::＝SetupInfo:<工步编号>[{<加工部位><加工方式>}]... <程序节点>::＝ProgrameNode:<程序信息>{刀具节点>} <程序信息>::＝ProgrameInfo:<程序编号><备注>... <程序编号>::＝ProgrameNum:<“工序编号”+“工步编号”+“程序序号”> <刀具节点>::＝CutterNode:<刀具信息>[<刀具关联关系>]{<切削余量><切削参数>}... <刀具信息>::＝CutterInfo:<直径><底面半径><下刀深><备注>... <刀具关联关系>::＝Relationship:<拆分类型><拆分数量>{<关联刀具>} <刀具直径>::＝D<底面半径>::＝Rc <下刀深>::＝<切削余量>::＝δ <拆分数量>::＝SplitCount <关联刀具>::＝RelateCutter 步骤3)加工方案编辑界面生成(S3)步骤2)中构建的加工方案结构树采用XML进行底层数据结构的组织与存储，为了方便后续人机交互定制与编辑加工方案，加工方案结构树需要提供人机交互编辑修改界面，其实现的具体流程为 (1)读取XML存储的加工方案结构树XML_Tree各节点数据信息及各节点之间的关联关系，包括父子关系，同层级节点的位置顺序； (2)在CAD/CAM系统中构建对应的加工工艺树Mach_Tree，并建立XML_Tree与Mach_Tree两种结构树之间的对应关系； (3)根据(1)获取的XML_Tree数据信息，以及(2)获取的两种结构树之间的对应关系，完成Mach_Tree中各节点信息的设置，从而完成CAD/CAM系统中加工工艺树Mach_Tree的构建(S4，S5)，即完成了加工方案编辑界面的生成。
步骤4)加工方案的快速编制(S6)。方案快速编制体现了修改及新建方案的便捷性。其包含节点操作与整体控制两种 (1)节点操作针对节点进行设置，主要可以分为新建、插入、编辑、拆分、合并、删除；其中节点拆分操作主要包含两种 <1>非刀具节点的拆分，其实现的具体流程为首先指定需要进行拆分的节点split_Node以及拆分的个数split_Count，设split_Node的父节点为F_Split_Node，split_Node为F_Split_Node中Z个子节点中的第i个子节点，1≤i≤Z，然后构建出split_Count减1个与split_Node相同的节点，最后将新构建的节点插入到split_Node的后面，作为F_Split_Node的第i+1，...，i+split_Count-1个子节点； <2>刀具节点的拆分，图6为刀具节点拆分过程实例图，具体流程如下 第一步获取拆分原刀具为CutterNode_c(1≤c≤cmax)，拆分数量为p(p≥2)，其程序父节点为ProgrameNode_n，该程序节点具有cmax个刀具子节点，将这些刀具节点分组如下 ② 第二步用子刀具组Groupk′{CNk′}，1≤k≤p替换Group2{CNc}，刀具分组如下 Gp1{CN1，CN2，…CNc-1} Gp1′{CN1′} Gp2′{CN2′} Gpp′{CNp′} Gp3{CNc+1，CNc+2，…CNc+cmax}③ 第三步当c＝1或cmax时，参照③式执行类似操作。此时原程序父节点的子节点数由cmax个变为cmax+p-1个，被分为GN组，GN取值如下
④ 第四步用GN个新程序节点ProgrameNode n，...，ProgrameNode_n+GN-1作为各组刀具节点的父节点，替换原始父节点ProgrameNode_n，结果如图6所示； (2)整体控制为从宏观上对飞机复杂构件中特征的加工顺序进行规划，整体加工顺序控制实现的方法为采用网格划分法，对零件加工区域进行整体划分，对整体的加工顺序和局部网格内的特征加工顺序进行控制，以减少零件加工过程中的变形。加工顺序控制具体实现流程为 第一步获取零件模型在当前加工坐标系下的最小包围盒minMathBox； 第二步从外部获取横向和纵向网格划分的个数，分别为X_Count和Y_Count； 第三步如图7所示，首先将最小包围盒minMathBox在当前加工坐标系的XY平面上进行投影，得到覆盖区域XY_Area，然后根据X_Count和Y_Count分别对XY_Area的X方向和Y方向按照等分原则进行网格划分，生成m个大小相同的网格块G1，G2，...，Gm，m＝X_Count×Y_Count。再根据外部输入的飞机复杂构件特征识别结果，获取在当前加工坐标系下结构件中每个特征的中心点Pc(Px，Py，Pz)，以及网格块Gi的两对角角点Plow(lx，ly，lz)，Phigh(hx，hy，hz)，1≤i≤m；判断中心点Pc与网格块Gi的关系如果同时满足lx≤Px≤hx，ly≤Py≤hy，则Pc所关联的特征在网格块Gi内部；否则Pc所关联的特征不在网格块Gi内； 第四步对划分后的网格块进行加工顺序控制，飞机复杂构件为了减少变形，一般采用对称加工顺序。图7为对称加工顺序实例，其加工顺序安排为 a.首先，以X轴为对称轴将网格区域划分为两大区域，如图7中的A，B； b.在大区域内部参照往复切削的方式进行顺序控制，如图7中在A，B大区域内的往复轨迹PC_A，PC_B； c.在大区域之间采用对称加工方式进行顺序控制，如图7中网格块1中特征加工完后，依照对称加工方式，接下来加工网格块2中的特征； d.具体的加工顺序为图7各网格中的标识号(1-16)； 第五步根据第四步生成的网格块的加工顺序，以及第三步获取的特征与网格块的关系，进而可以获取到飞机复杂构件中加工特征的加工顺序。
步骤5)加工方案有效性检查(S8)，该过程实现流程为 (1)从加工方案结构树(S5)中获取刀具信息，获取方法为针对同一个加工部位，依次提取出加工该部位的粗加工、精加工腹板、半精加工、精加工以及切断加工中的刀具节点，构建成一个刀具链表ListOfTools，链表中元素个数为N，并依次将上述获取的刀具节点添加到该链表中； (2)从ListOfTools分别提取出每把刀具的加工余量δ，直径D，下刀深t，底面半径Rc； (3)按照ListOfTools中各刀具的先后使用顺序，对加工方案进行如下检查，得出加工方案是否有效(S9) <1>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的加工余量δ1，δ2，...，δN。判断δ1，δ2，...，δN是否依次严格非增，即依次递减或相等，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则，进入<2>； <2>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的刀具直径D1，D2，...，DN。判断D1，D2，...，DN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则进入<3>； <3>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的下刀深t1，t2，...，tN。判断t1，t2，...，tN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则进入<4>； <4>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的底面半径Rc1，Rc2，...，RcN。判断Rc1，Rc2，...，RcN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则表明加工方案有效； (4)有效性检查标记逻辑错误位置、显示错误类型，以提高工艺人员修改的针对性与准确性。
步骤6)方案输出，即工艺卡片输出(S10)，其实现的流程为 (1)分析企业加工工艺规程中各种卡片表格的格式和内容，提取相应的规则； (2)创建上述加工方案中工艺数据信息与工艺卡片单元格的映射关系； (3)将方案中的数据信息自动添加到工艺卡片中，以实现工艺卡片的自动生成(S11)。
权利要求
1.一种飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于该方法实现的主要步骤有1)加工工艺信息获取；2)加工方案结构树构建；3)加工方案编辑界面生成；4)加工方案的快速编制；5)加工方案有效性检查；6)方案输出。
2.根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的步骤1)加工工艺信息获取的主要内容有零件基本信息如尺寸、类型、材料，整体控制策略如加工顺序、走刀路线，加工部位，加工操作类型，制造设备如机床、刀具及工装，切削参数，以及工序、工步，可表示为由属性ai(1≤i≤n，n为属性的个数)组成的属性集合
S＝{a1，a2，…，an}。①
3.根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的步骤2)加工方案结构树构建是将由步骤1)获取的加工工艺信息知识化，并构建出加工方案结构树；加工方案结构树为多叉树(Tree)结构，自顶而下具有7层节点，其层级l从1至7，各层节点类型依次为零件节点(MPartNode)、机床节点(MToolNode)、加工侧向节点(MSideNode)、工序节点(ProcedureNode)、工步节点(SetupNode)、程序节点(ProgrameNode)与刀具节点(CutterNode)；加工方案结构树构建流程如下
(1)构建结构树的根节点，根据零件基本信息以及整体控制策略创建结构树根节点；
(2)严格参照各层之间的关联关系，根据各层级节点对应的工艺信息，创建各级别的节点，然后确定这些节点之间的关系，包括父子关系和同级别节点的位置排列问题，实现节点之间关系确定的方法如下
<1>父子关系确定相邻父子层级节点的层号必须满足Lf-Lc＝1，Lf为父节点层级号，Lc为子节点层级号；
<2>同级别节点排列顺序确定按照实际加工工艺规划的流程来完成除根节点外的其他所有节点顺序的安排；
(3)完成加工方案结构树构建，该结构树构建依赖的BNF定义模型如下
<加工方案>::＝Scheme:<零件节点>
<零件节点>::＝MPartNode:<零件信息><整体策略信息>{<机床节点>}
<零件信息>::＝PartInfo:<零件类型><毛坯类型><毛坯材料><零件尺寸><特征信息>
<特征信息>::＝FeatureInfo:{<特征类型><特征数量>}
<整体控制策略>::＝Strategy:<加工阶段><XY方向区域拆分><整体走刀方式>
<加工阶段>::＝MPhase:<粗加工>|<半精加工>|<精加工>
零件类型::＝PT毛坯类型::＝RT
毛坯材料::＝RM零件尺寸::＝PS
<机床节点>::＝MToolNode:<机床信息>{加工侧向节点>}
<加工侧向节点>::＝MONode:<加工侧向信息>{工序节点>}
<工序节点>::＝ProcedureNode:<工序信息>{工步节点>}
<工序信息>::＝ProcedureInfo:<加工阶段><工序编号><备注>...
<工步节点>::＝SetupNode:<工步信息>{程序节点>}
<工步信息>::＝SetupInfo:<工步编号>[{<加工部位><加工方式>}]...
<程序节点>::＝ProgrameNode:<程序信息>{刀具节点>}
<程序信息>::＝ProgrameInfo:<程序编号><备注>...
<程序编号>::＝ProgrameNum:<“工序编号”+“工步编号”+“程序序号”>
<刀具节点>::＝CutterNode:<刀具信息>[<刀具关联关系>]{<切削余量><切削参数>}...
<刀具信息>::＝CutterInfo:<直径><底面半径><下刀深><备注>...
<刀具关联关系>::＝Relationship:<拆分类型><拆分数量>{<关联刀具>}
<刀具直径>::＝D<底面半径>::＝Rc
<下刀深>::＝ <切削余量>::＝δ
<拆分数量>::＝SplitCount
<关联刀具>::＝RelateCutter。
4.根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述步骤3)加工方案编辑界面生成是将步骤2)构建的加工方案结构树采用XML进行底层数据结构的组织与存储，为了方便后续人机交互定制与编辑加工方案，加工方案结构树需要提供人机交互编辑修改界面，其实现的具体流程为
(1)读取XML存储的加工方案结构树XML_Tree各节点数据信息及各节点之间的关联关系，包括父子关系，同层级节点的位置顺序；
(2)在CAD/CAM系统中构建对应的加工工艺树Mach_Tree，并建立XML_Tree与Mach_Tree两种结构树之间的对应关系；
(3)根据(1)获取XML_Tree数据信息，以及(2)获取的两种结构树之间的对应关系，完成Mach_Tree中各节点信息的设置，从而完成CAD/CAM系统中加工工艺树Mach_Tree的构建，即完成了加工方案编辑界面的生成。
5.根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的步骤4)加工方案的快速编制包括节点操作与整体控制两种(1)节点操作是针对节点进行设置，主要可以分为新建、插入、编辑、拆分、合并、删除；(2)整体控制为从宏观上对工艺规程进行加工顺序规划，调整零件整体控制策略，采用网格划分法，对零件加工区域进行整体划分，对整体的加工顺序和局部网格内的特征加工顺序进行控制，以减少零件加工过程中的变形。
6.根据权利要求5所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的节点拆分操作包含两种
(1)非刀具节点的拆分，其实现的具体流程为首先指定需要进行拆分的节点split_Node以及拆分的个数split_Count，设split_Node的父节点为F_Split_Node，split_Node为F_Split_Node中Z个子节点中的第i个子节点，1≤i≤Z，然后构建出split_Count减1个与split_Node相同的节点，最后将新构建的节点插入到split_Noed的后面，作为F_Split_Node的第i+1，...，i+split_Count-1个子节点；
(2)刀具节点的拆分，其实现的具体流程如下
<1>获取拆分原刀具为CutterNode_c(1≤c≤cmax)，拆分数量为p(p≥2)，其程序父节点为ProgrameNode_n，该程序节点具有c max个刀具子节点，将这些刀具节点分组如下
②
<2>用子刀具组Groupk′{CNk′}，1≤k≤p替换Group2{CNc}，刀具分组如下
Gp1{CN1，CN2，…CNc-1}
Gp1′{CN1′}
Gp2′{CN2′}
...
Gpp′{CNp′}
Gp3{CNc+1，CNc+2，…CNc+cmax} ③
<3>当c＝1或c max时，参照③式执行类似操作。此时原程序父节点的子节点数由cmax个变为cmax+p-1个，被分为GN组，GN取值如下
<4>用GN个新程序节点ProgrameNode_n，...，ProgrameNode_n+GN-1作为各组刀具节点的父节点，替换原始父节点ProgrameNode_n，完成刀具节点的拆分。
7.根据权利要求5所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的整体控制具体实现流程为
(1)获取零件模型在当前加工坐标系下的最小包围盒minMathBox；
(2)从外部获取横向和纵向网格划分的个数，分别为X_Count和Y_Count；
(3)首先将最小包围盒minMathBox在当前加工坐标系的XY平面上进行投影，得到覆盖区域XY_Area，然后根据X_Count和Y_Count分别对XY_Area的X方向和Y方向按照等分原则进行网格划分，生成m个大小相同的网格块G1，G2，...，Gm，m＝X_Count×Y_Count。再根据外部输入的飞机复杂构件特征识别结果，获取在当前加工坐标系下结构件中每个特征的中心点Pc(Px，Py，Pz)，以及网格块Gi的两对角角点分别为Plow(lx，ly，lz)，Phigh(hx，hy，hz)，1≤i≤m；判断中心点Pc与网格块Gi的关系如果同时满足lx≤Px≤hx，ly≤Py≤hy，则Pc所关联的特征在网格块Gi内部；否则Pc所关联的特征不在网格块Gi内；
(4)对划分后的网格进行加工顺序控制，飞机复杂构件为了减少变形，加工过程中采用对称加工顺序，其加工顺序安排方法为
<1>首先，以X轴为对称轴将网格区域划分为两大区域A，B；
<2>在大区域内部参照往复切削的方式进行顺序控制；
<3>在大区域之间采用对称加工方式进行顺序控制；
(5)根据(4)生成的网格块的加工顺序，以及(3)获取的特征与网格块的关系，进而可以获取到飞机复杂构件中加工特征的加工顺序。
8.根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的步骤5)加工方案有效性检查的实现流程为
(1)从加工方案结构树中获取刀具信息，获取方法为针对同一个加工部位，依次提取出加工该部位的粗加工、精加工腹板、半精加工、精加工以及切断加工中的刀具节点，构建成一个刀具链表ListOfTools，链表中元素个数为N，并依次将上述获取的刀具节点添加到该链表中；
(2)从ListOfTools分别提取出每把刀具的加工余量δ，直径D，下刀深t，底面半径Rc；
(3)按照ListOfTools中各刀具的先后使用顺序，对加工方案进行如下检查
<1>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的加工余量δ1，δ2，...，δN。判断δ1，δ2，...，δN是否依次严格非增，即依次递减或相等，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则，进入<2>；
<2>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的刀具直径D1，D2，...，DN。判断D1，D2，...，DN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则进入<3>；
<3>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的下刀深t1，t2，...，tN。判断t1，t2，...，tN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则进入<4>；
<4>从第一个元素开始依次获取ListOfTools中各刀具节点的底面半径Rc1，Rc2，...，RcN。判断Rc1，Rc2，...，RcN是否依次严格非增，如果不是则表明方案无效，提示出错；否则表明加工方案有效；
(4)有效性检查标记逻辑错误位置、显示错误类型，以提高工艺人员修改的针对性与准确性。
9.根据权利要求1所述的飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，其特征在于所述的步骤6)方案输出，即工艺卡片输出，其实现的流程为
(1)分析企业加工工艺规程中各种卡片表格的格式和内容，提取相应的规则；
(2)创建上述加工方案中工艺数据信息与工艺卡片单元格的映射关系；
(3)将方案中的数据信息自动添加到工艺卡片中，以实现工艺卡片的自动生成。
全文摘要
飞机复杂构件数控加工方案快速生成方法，该方法主要内容包括1)加工工艺信息获取；2)加工方案结构树构建；3)加工方案交互表现形式生成；4)加工方案的快速编制；5)加工方案有效性检查；6)方案输出。应用本发明对飞机复杂结构件加工方案进行了知识化、规范化、标准化，增强了加工方案的统一性，可重用性，编制的快速性，从而缩短了飞机复杂构件数控加工加工方案的编制周期，提高了数控加工准备效率及加工质量。
文档编号G05B19/4097GK101763067SQ20091022076
公开日2010年6月30日 申请日期2009年12月15日 优先权日2009年12月15日
发明者初宏震, 史静, 杜宝瑞, 郑国磊, 饶有福 申请人:沈阳飞机工业(集团)有限公司, 北京航空航天大学