一种飞机蒙皮铣削高效加工轨迹自动生成方法

一种飞机蒙皮铣削高效加工轨迹自动生成方法
【专利摘要】一种飞机蒙皮铣削高效加工轨迹自动生成方法，属于CAD/CAM【技术领域】。其特征是首先得到蒙皮零件下陷加工特征，根据下陷特征的几何特性确定优选加工策略，基于下陷优选加工策略及典型加工工艺生成等距线，基于等距线连接规则生成加工轨迹，最后通过残留侦测处理，生成等步距、无交叉、无抬刀、无残留的高效下陷特征加工轨迹，为蒙皮零件数控铣削提供有效的刀轨生成方法，尤其可以应用于蒙皮镜像铣削加工方法的刀轨生成，计算效率高，正确率高，适用性强，可以大大减轻工程人员的编程工作量。
【专利说明】-种飞机蒙皮铁削高效加工轨迹自动生成方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种机械加工的CAD/CAM技术技术，尤其涉及一种飞机蒙皮下陷镜像 就削等步距、无交叉加工轨迹快速生成方法，具体地说是一种飞机蒙皮就削高效加工轨迹 自动生成方法。

【背景技术】
[0002] 随着我国航空工业的快速发展，C919等大飞机项目得到了越来越多的重视，同时 也推动了航空制造业的技术提升，尤其是在数控加工领域。飞机蒙皮类零件是大飞机中的 重要结构部件，相比从前馴钉连接的飞机蒙皮，目前的结构一体化蒙皮尺寸巨大、结构复 杂，具有薄壁、单曲率或双曲率型面，内部含有外形复杂的凹槽结构等特点。
[0003]目前国内引进了蒙皮镜像就削技术用W加工最新设计的飞机蒙皮零件。但此技术 在实际加工中对刀轨的要求很高，既要满足等步距，刀轨无重叠，又要满足无残留，中间过 程无抬刀。目前各大商品化CAM软件都无法提供满足W上要求的合适刀轨，所W只能靠人 工手动画刀轨，效率极其低下，强烈依赖于人的经验，编程质量不稳定，严重拖后的零件加 工周期。
[0004] 针对该种情况，本专利提出一种飞机蒙皮就削高效加工轨迹自动生成方法，属于 CAD/CAM【技术领域】。该方法首先得到蒙皮零件下陷加工特征，根据下陷特征的几何特性确定 优选加工策略，基于下陷优选加工策略及典型加工工艺生成等距线，基于等距线连接规则 生成加工轨迹，最后通过残留侦测处理，生成等步距、无交叉、无抬刀、无残留的高效下陷槽 腔镜像就削加工轨迹，为蒙皮镜像就削方法提供有效的刀轨生成方法，同时计算效率高，正 确率高，适用性强，可W大大减轻工程人员的编程工作量。


【发明内容】

[0005]针对目前商品化CAM软件无法针对飞机蒙皮镜像就削模式提供满足要求的加工 轨迹，W及当前人工手动编程绘制加工轨迹，加工编程效率低，编程稳定性、质量差，灵活性 不足等问题。发明了一种飞机蒙皮就削高效加工轨迹自动生成方法。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] -种飞机蒙皮就削高效加工轨迹自动生成方法，其特征是它包括W下步骤：
[0008] 首先，获得待加工下陷特征的几何元素，结合加工资源库确定刀轨生成策略；
[0009] 其次，依据下陷特征几何元素及刀轨生成策略，采用偏置轮廓线的方式生成等距 线，将待偏置线段按其特性分为H类，根据等距线生成规则，自动生成各类等距线；
[0010] 第H，根据等距线连接规则，将H类等距线有序地首尾连接，形成一条曲线，作为 蒙皮就削高效加工的刀轨；
[0011] 第四，通过对已有刀轨进行残留检测及刀轨优化处理，保证所生成的刀轨无残留， 且适用于蒙皮各类下陷特征。
[0012] 所述的确定刀轨生成策略是指，通过分析下陷轮廓边凸凹特点并基于下陷底面曲 率特性，结合加工资源库确定加工刀具、优选加工方向和切削宽度：
[0013] 1)加工刀具确定，通过分析下陷特征轮廓边的凸凹性，计算凹边的最小曲率半径， 作为刀具的最小半径限制值，同时分析下陷特征底角面的曲率半径，作为刀具底角半径参 考值，在加工资源库中选取一种或几种合适的刀具；
[0014] 2)优选加工方向确定，由于蒙皮下陷就削采用沿底面法向的刀轴进行切削，出于 机床运动学考虑，对于五轴联动机床在加工中应尽量减少大幅度摆角变化，因此应优选取 蒙皮曲率变化最小的方向进行加工，即尽量增加此方向的刀轨长度，通过分析下陷轮廓边 的曲率变化，W曲率半径最大的边为优选加工方向；
[001引如在刀具和优选方向确定后，可W确定出切削宽度CW的范围如下：
[001引CW的下限为CWmh=Y-rCR+d，其中d为超声波测厚装置预留的安全使用距 离，本例中d设为3mm。
[0017]CW的上限为CWmax=2 XJ辉-TCR)'-d2，其中TD为刀具直径，TCR为刀具底 角半径。
[0018] 所述的依据等距线生成规则及下陷特征几何元素生成等距线，W等距线作为最终 刀轨的生成依据，其中等距线分为H种类型，第一是与优选加工方向平行的I类等距线。第 二是与加工方向非平行的类圆弧线作为II类等距线，第H是与加工方向非平行的类直线 作为III类等距线。
[0019] 所述的基于H类等距线生成规则自动生成等距线是指：
[0020] 首先提取与优选加工方向近似平行的轮廓边线，存放于Lw，该里的近似平行是由 于蒙皮可能为双曲率零件，两条对应的边线并不能完全平行，提取后进行W下步骤：
[0021] 1)对于Lw的个数为2时，为典型普通下陷，其等距线生成方法首先W刀具有效 切削半径偏置所有轮廓边界，作为最终沿轮廓环切的刀轨L。。。,Mfwtl;其次将中与 Lw相对应的边作为第I类等距线，并根据两边间最远距离及切宽范围，对Lw中边线进行 偏置，得到所有第I类等距线；第H将L。。。,Mfwti中剩余边均向内偏置切宽下限值，并将其中 圆弧类的作为第II类等距线，类直线的作为第HI类等距线；第四将I类等距线与II类等 距线和III类等距线进行相交打断处理，得到最终各类等距线；
[0022] 2)对于Lw的个数大于2时，为复杂下陷，其等距线生成方法首先同样W刀具有 效切削半径偏置所有轮廓边界，作为最终沿轮廓环切的刀轨L。。。,Mfwti;其次将中 与Lw对应的边提取，并将每两条相邻边之间的区域分为凸、凹两种情况，对于凹区域将其 I类线等距单数条线，对应凸区域将其I类等距线等距双数条线，并将所有等距线作为I类 等距线；第H将L。。。,Mfwti中剩余边均向内偏置切宽下限值，并将其中圆弧类的作为第n类 等距线，类直线的作为第HI类等距线；第四每个区域内将I类等距线与II类等距线和III 类等距线进行相交打断处理，得到最终各类等距线。
[0023] 所述的根据等距线连接规则，将H类等距线有序地首尾连接，形成蒙皮就削高效 加工的刀轨是指：
[0024] 1)首先将H类等距线中的每条线，增加两个端点的属性n，n表示当前端点所在等 距线的个数；
[00巧]2)针对每个下陷，从最边缘的一条I类等距线开始遍历，判断当前遍历端点的n属 性，如果n= 2则直接遍历到相连的线，若n〉2则按照连接规则进行选择遍化并删除兀余 边，最终得到由各类线首尾相连的完整曲线，作为初始加工轨迹；
[0026] 所述的按照连接规则进行选择遍历是指：
[0027] 若当前遍历点n= 3,则按如下规则继续遍历：
[0028] 1)当前遍历线为I类等距线型下简称I型），下行连接线为II类等距线 下简称II型）、111类等距线（W下简称III型）时，遍历III型线，同时删除对应II型线 及其n= 2的连接线；
[0029] 2)当前遍历线为II型，下行连接线为I、III型时，遍历I型线，同时删除对应III 型线及其n=2的连接线；
[0030]扣当前遍历线为II型，下行连接线为I、II型时，遍历I型线，同时删除对应II型 线及其n= 2的连接线；
[0031] 4)当前遍历线为III型，下行连接线为I、II型时，遍历I型线，同时删除对应II 型线及其n=2的连接线；
[003引W当前遍历线为III型，下行连接线为I、III型时，遍历I型线，同时删除对应III型线及其n=2的连接线；
[0033] 6)当前遍历线为I型，下行连接线为多段II型时，遍历II型线中与当前遍历点 对应的另一端点n= 2的那条，同时删除其余II型线。下行连接线为多段III型时，遍历 III型线中与当前遍历点对应的另一端点n= 2的那条，同时删除其余III型线。
[0034] 所述的确残留检测是指，根据实际加工情况，通过计算判断刀轨中有残留的位置。 一般残留出现在刀轨的转弯处，且位于两行刀轨间的H角区域，判断方法如下：
[003引1)将所有I型线进行排序，从第一条开始遍化判断与其相邻I型线对应端点间是 否有连线，将无连线对应的两端点间距离d作为当前遍历I型线的属性；
[0036]。根据下陷就削特点可知，一般残留会出现在两行刀轨间且处于转弯处 的H角区域，根据等距线生成规则可知，满足下述条件时，会在两行刀轨间留下残余 d > 2 X -TCrY - [offset! T'C/?)]'，（x = 1或2)，将满足此条件的部分标 记为残留位置。
[0037] 所述的在经过残留检测后对残留位置进行刀轨优化处理，是指通过在判断出残留 的位置插入新的线段W解决残留问题，具体方法如下：
[0038]1)根据蒙皮下陷刀轨要求可W确定出补充刀轨单元，并判断剩余区域距离d'是 否大于补充刀轨单元宽度，若是则继续增加补充刀轨单元直至d'小于单个补充刀轨宽度， 然后进行W下判断：
[0039] (1)若小于最小切宽则刀轨补充结束；
[0040] (2)若大于最小切宽则将最后补充刀轨端点与I型线对应端点相连完成刀轨补 充。
[0041] 2)将所有补充刀轨替换所对应的I型线，完成刀轨补充，将环切刀轨线和残留处 理后的刀轨作为下陷特征的最终刀轨。
[0042] 本发明的有益效果是：
[0043]本发明为蒙皮零件数控就削提供了有效的刀轨生成方法，尤其可W应用于蒙皮镜 像就削加工方法的刀轨生成，具有计算效率高，正确率高，适用性强的优点，可W大大减轻 工程人员的编程工作量。

【专利附图】

【附图说明】
[0044] 图1为本发明的飞机蒙皮就削高效加工轨迹自动生成方法流程图；
[0045]图2为飞机蒙皮及典型下陷特征示意图，A为典型飞机蒙皮类零件，B为典型下陷 特征局部放大视图，Bt为下陷顶面，Bb为下陷底面，Bbc为下陷的底角面；
[0046] 图3为下陷特征几何属性分析及生成策略确定，CR为底角半径，R为内轮廓凹边最 小半径，ri为沿叉号方向的蒙皮曲率半径，r,为沿对号方向的蒙皮曲率半径，Lw为与最优 加工方向类平行的内轮廓边线；
[0047] 图4为普通下陷等距线生成示意图；
[0048] 图5为复杂下陷等距线生成示意图；
[004引图6为等距线连接示意图，其中（1)-做为等距线连接规则的情况，T化为等距线 最终连接情况；
[0050] 图7为刀轨优化处理示意图，虚线显示为残留区域，Stepl、2、3为增加刀轨步骤，a 为残留判断示意，b为残留优化后刀轨；
[0051] 图8为最终刀轨示意图，其中a为普通下陷刀轨，b为复杂下陷刀轨，C为需要进行 残留处理的下陷刀轨。
[0052] 图9是本发明实施例特征识别方法流程图。

【具体实施方式】
[0053] 下面是结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0054] -种飞机蒙皮就削高效加工轨迹自动生成方法，如图1-8所示。蒙皮下陷主要包 含下陷底面而、下陷底角面Bee和下陷顶面Bt，其刀轨一般选择在底面生成，加工时沿底面进 行沿线走刀，刀轴选为当前刀触点法向的策略，其所沿线即为刀轨，其生成方法如下：
[0055] 1.获得待加工下陷槽腔特征的几何元素，并分析其轮廓凸凹特点并基于下陷底面 曲率特性，结合加工资源库确定加工刀具、优选加工方向和切削宽度等刀轨生成策略，如图 3所示，具体如下；
[0056] 1)确定优选加工方向，一般下陷的刀轨应沿曲率变化较小的方向尽量的长，该样 可W减少价格是刀轴的连续摆动，提高加工效率，如图3中所示，r,大于ri，故应按图中对号 方向作为优选加工方向；
[0057] 2)在优选方向确定后，考虑到蒙皮具有单、双曲率的特性，将与优选加工方向类似 平行的轮廓线提取，作为等距方向类平行线，并记录其个数Lw;
[0058] 3)刀具的选择，主要为刀具的有效切削半径R'及刀具底角cr，需满足R' <R， cr<CR，并根据实际生产需求及刀具库资源，选用合理的刀具类型；
[0059] 4)切削宽度的范围，切削宽度CW的范围确定如下：
[0060] CW的下限为CWmh= ^ - 7TR丄山其中d为超声波测厚装置预留的安全使用距 离，本例中d设为3mm。
[0061] CW的上限为CM/mnx=2 X、k罩--沪
[006引例如采用刀具TD= 25mm，底角TCR= 4mm的牛鼻刀，切宽CW上下限为 11. 5-15. 9mm。
[0063] 通过W上几个步骤可初步确定下陷就削的加工方案，为等距线生成做准备。
[0064] 2.根据等距线生成规则，依据下陷特征几何元素几何刀轨生成策略，自动生成H 类等距线，如图4、5所示，具体如下；
[0065] 对于等距方向类平行线Lpd= 2的个数为2时，为典型普通下陷，如图4所示，其 等距线生成方法如下：
[0066] 1)将下陷轮廓线L。。。,向下陷内部偏移Offsetl距离，作为下陷就削最终环切一刀 的刀轨，并存入L。。。,Dffwti，其中巧抑^二? - 了C/?，即刀具的有效切削半径值；
[0067]。找到偏移后的轮廓线L。。。,Mfwti中与Lw相对应的两条，计算两线之间沿下陷底 面的最远距离D，为下一步等距线生成做准备；
[006引扣将LcDMDffwti中各线继续向下陷内部偏移Offsets距离，Offsets=CWmi。，偏移 后的各线段存入L。。。, 中，并找到对应于Lpai的两条线段，存入Linel，并将其中相对较 短的那条，记为OffsetLine，将L。。。, 中类圆弧线段存入Linell，其余存类直线线段存 入Linelll;
[0069] 4)计算OffsetLine的等距距离Offsets及等距个数N，^ =巧而;品而瓦 取整，并通过将N'做加1或减1的调整，满足CWmt'n<。-胞<CW丽，则 〇恥)。=。-2X方户網，N=N' -1，将OffsetLineW偏移距离Offse口等距N条线，并将各 线两端延长到日et2后存入Linel';
[0070] 5)判断Linel'中的每条线是否与Linell及Linelll列表中的线段相交，若有相 交将Linell和Linelll中的对应线段分割打断，并替换存入Linell和Linelll，同时将 Linel'中的线段存入Linel中。
[0071] 对于等距方向类平行线个数Lpd〉2时，为复杂下陷，其等距规则与普通下陷略有不 同，如图5所示，具体如下：
[007引1)将下陷轮廓线L。。。,向下陷内部偏移Offsetl距离，作为下陷就削最终环切一刀 的刀轨，并存入L。。。,Off日eti，其中嘶'心/=T-rCK，即刀具的有效切削半径值；
[007引。将1。。。,。,&。。中除去由Lw偏移生成的线段，其余各线继续向下陷内部偏移Offsets距离，Offsets=CWmi。，将其中类圆弧线段存入Linell,其余存类直线线段存入 Linelll；
[0074] 3)将Lpai按从高到低进行排序，并将Lw每两个之间的部分划分为一个区域Su， 分别计算两Lpd类平行线之间沿下陷底面的最远距离Dy，i、j对应于两Lw类平行线Zp。/ 和王P。/，并根据轮廓的凸凹性进行两种等距线生成策略；
[007引4)当ZW和如。/之间的区域在下陷内部时，称当前区域Su为凹区域，将其中较短 一条作为等距边，计算其等距距离Offsets。及等距个数Ny，％'=巧而品^^^^取整，若 Ny'不为单数将其做加1或减1的调整，同时满足CWmh< ^ <CWmax，则0斯e巧产Nu =N。' -1，将等距边W偏移距离Offsets。等距N。条线，并将各线两端延长到L。。。,Mb。。后 存入Linel;
[007引 W当如。/和iW之间的区域在下陷外部时，称当前区域S。为凸区域，与凹区域唯 一不同的地方是其等距线需要保证在下陷内部生成，并将两If。/和Ip。/延长，将位于下陷 内部的部分同样存入Linel;
[0077] 6)判断Linel中的每条线是否与Linell及Linein列表中的线段相交，若有相交 将Linell和Linelll中的对应线段分割打断，并替换存入Linell和Linelll。
[0078] 根据W上步骤，已将下陷内部H类等距线全部生成。
[0079] 3.根据等距线连接规则，将H类等距线首尾连接成一条曲线，作为蒙皮就削高效 加工的刀轨，如图6所示，具体如下；
[0080] 1)将H类等距线中的每条线，增加两个端点的属性n，n表示当前端点所在等距线 的个数；
[0081] 2)针对每个下陷，取Linel中最边缘的一条线，记为LIi，任选其一个端点LIh开 始，向另一个端点化_2前进，此时LIi为当前遍历线，化_2为当前遍历点，同时将与LIi_i相 连的非Linel型线删除，删除的规则为，删除此端点相连的线及其所成n= 2连接的线，女口 图6中虚线所示；
[0082] 3)将当前遍历线存入TPL并继续遍历，遍历规则如下：
[0083] 若当前遍历点n=2,则直接将与其相连线段作为下一条遍历线，继续遍历；
[0084] 若当前遍历点n= 3,则按如下规则继续遍历：
[0085] (1)当前遍历线为Linel型简写为I型，下行连接线为II、III型时，遍历III型 线，同时删除对应II型线及其n= 2的连接线；
[0086] (2)当前遍历线为II型，下行连接线为I、III型时，遍历I型线，同时删除对应III 型线及其n=2的连接线；
[0087] 做当前遍历线为II型，下行连接线为I、II型时，遍历I型线，同时删除对应II 型线及其n= 2的连接线；
[0088] (4)当前遍历线为III型，下行连接线为I、II型时，遍历I型线，同时删除对应II 型线及其n=2的连接线；
[008引 妨当前遍历线为III型，下行连接线为I、III型时，遍历I型线，同时删除对应 III型线及其n= 2的连接线；
[0090] (6)当前遍历线为I型，下行连接线为多段II型时，遍历II型线中与当前遍历点 对应的另一端点n= 2的那条，同时删除其余II型线。下行连接线为多段III型时，遍历 III型线中与当前遍历点对应的另一端点n= 2的那条，同时删除其余III型线。
[0091] 根据上述规则，遍历直至Linel最后一条线，将其存入TPL完成等距线连接。此时 T化中的所有线将初步作为下陷的就削加工轨迹。
[0092] 4.通过残留检测及刀轨优化处理，保证刀轨适用于蒙皮各类下陷特征。
[0093] 由于刀轨切宽较大，在转弯处两行刀轨间有可能会出现残留如图7所示，针对该 种情况可W通过W下方法对已有刀轨进行优化处理：
[0094] 1)首先需要锁定残留位置，根据实际加工情况，一般残留出现在刀轨的转弯处，且 两行刀轨间的H角区域，如图7所示，判断方法如下：
[0095] (1)首先提取所有I型线，从最边缘的一条li开始，计算其与下一相邻I型线Iw 两对应端点的距离山和中2,判断两组对应端点间是否有II型或III型线相连，若否将对 应的距离作为li的一种属性，如图7中d2i所示，直至Iw为I型线中的最后一条；
[0096] (2)根据等距线生成规则可知，两行刀轨间H角区域是否有残留与Offsets有关 系如下：
[0097] 当db> 2XJ停_ [0//set2 -俘-7^叫]\(X= 1 或 2)时，会在S 角区域留下残留，如图7中虚线所示区域，否则将dh记为零。
[009引 2)通过在H角区域增加刀轨的方式消除残留，针对山不为零的情况，如图7所示， 具体方法如下：
[009引 （1)将山对应的两端点记为Pi和Pw，分别对应于li和Iw，计算li和Iw的长 度，将较长的记为另一条记为Is,对应端点记为町和Ps，并计算线段PsPl与哥夹角0。
[0100] 似将Ps沿尽再偏移距离CWmi。，生成点Pu，过Pu做垂直于的直线，直线与交 于点P。，将P。沿巧立^偏移距离CWmi。，生成点町3,过Pu做垂直于的直线，直线与线段PsPl 交于点町4,沿下陷底面生成线PuP^、PuPm、PuPw并将位于P。和町3间的部分切割掉，将 剩余的II及PliPl2、PliPl4、Pl3Pl4,进行接合，替换掉对应的I型线或Iw，如图7中St巧1、 2、3过程所不。
[OW] 做计算Pm到Ps的距离d'，并进行W下步骤：
[010引①若d'《CWmi。贝IJ循环结束，进行（4);
[010引②若<沪<CWmhX 则将Pu沿^偏移距离CWmi。，生成点 Pu，过町5做垂直于的直线，直线与线段PsPl交于点町6,沿下陷底面生成线PuPw、PuA， 并将位于Pu和PJ哥的部分切割掉，将剩余的及PuPw、PuA进行接合，替换掉对应的 I型线li或Iw，并进行（4);
[0104] ③若d' >CWmhX 则将Pl4替换Ps，清空Pli、Pl2、Pl3、Pl4后继续循环步 骤（2) (3);
[010引 （4)完成H角区域增加刀轨优化，如图7中b所示，消除残留。
[0106] 5.最终刀轨生成，将通过优化处理后的T化进行首尾相连，在首尾点处各延长安 全距离dis后，作为下陷加工最终刀轨，如图8中a、b、C所示。
[0107] 本发明所踪的特征识别可采用现有类似技术加W实现，也可采用图9所示的方法 加W实现，图9中飞机蒙皮零件特征识别方法包括W下步骤：
[010引第一，分析飞机蒙皮结构特点和加工特性，定义各类蒙皮加工特征；
[0109] 第二，对飞机蒙皮零件进行预设置并构建环特性图和全息属性面边图，预设置主 要包括：建立加工坐标系、选定反面标识面W及零件模型输入；定义各类蒙皮加工特征的 种子面，基于环特性图和全息属性面边图搜索各类特征的种子面；
[0110] 第H，对带有碎面的种子面进行优化处理，然后基于反面标识面、种子面及拓展规 则进行搜索，搜索出各类特征的所有几何元素，构建出蒙皮加工特征；
[0111] 第四，提取各类特征信息，得到特征识别结果。
[0112] 本发明所述的通过分析飞机蒙皮零件结构特点和加工特性，将具有相似工艺和 几何信息的几何形体定义为蒙皮加工特征包括定义下陷、通窗、孔和轮廓特征。下陷特征 是蒙皮上的浅槽，主要包含顶面、底角面和底面，将下陷特征的底面定义为下陷特征的种子 面；通窗特征是蒙皮上需要采用就削加工就穿的部位，形状上表现为直径较大（通常大于 20mm)的圆形通孔或者不规则孔，主要包含壁面、顶面和底面，将通窗特征的底面定义为通 窗特征的种子面；孔特征是蒙皮上需要采用钻削加工钻通的部位，形状上表现为直径较小 (通常小于或等于20mm)的圆形通孔，主要包含壁面、顶面和底面，将孔特征的底面定义为 孔特征的种子面；轮廓特征是蒙皮零件的理论轮廓边界，用做切边编程的引导线，主要包含 轮廓面，将反面标识面定义为轮廓的种子面。
[0113] 所述的反面标识面的选取依据为；定义蒙皮零件待加工面为正面，正面相对的面 为反面，选取蒙皮反面中的任意一个面作为反面标识面。
[0114] 所述的基于环特性图和全息属性面边图搜索各类特征的种子面是指基于环特性 图和全息属性面边图，同时分析面的环特性和拓扑连接关系，拓展出符合各类特征种子面 环特性和拓扑连接关系特点的面作为各类特征的种子面。环特性图是指通过分析面所具有 的环特性，构建出环特性图，环特性主要指有无内环、有几个内环、每个内环分别有多少条 内环边等特性。
[0115] 所述的对碎面进行优化处理时首先根据曲面是否相连、曲率是否连续及厚度是否 相同的判断条件，搜索出满足要求的曲面，将有相连关系的曲面视为碎面，进行优化处理， 并形成完整的特征W替换原有的碎面特征，保证下陷特征识别的准确性。
[0116] 所述的下陷特征构建时首先根据反面标识面找到所有的正面，依据下陷种子面拓 展规则遍历正面得到正确的下陷种子面，下陷种子面拓展规则；定义含有内环的正面为中 间层面，将只含有外环边的正面且和和中间层面不相连的面拓展为下陷底面，根据下陷的 种子面找到正确的底角面，再利用下陷底角面找到正确的下陷顶面。所需提取的下陷特征 fg息王要包括；下陷的编号、厚度、底面、底角面和顶面。
[0117] 所述的通窗和孔特征构建时首先根据反面标识面找到所有的反面，通过遍历反面 得到带有内环边的曲面作为通窗特征及孔特征的种子面。其中，将内环边数量大于2的反 面或内环边数量等于2且直径大于20mm的反面拓展为通窗种子面；将内环边数量等于2且 直径小于或等于20mm的反面拓展为孔种子面。再根据种子面找到正确的壁面，再根据壁面 找到正确的顶面。所需提取的通窗特征信息主要包括；通窗的编号、通窗深度、底面、壁面和 顶面；所需提取的孔特征信息主要包括：孔的编号、底面、壁面、顶面、孔直径、孔深度、孔位 置、孔的轴向、精度等级、公差。
[0118] 所述的轮廓特征构建时首先根据轮廓种子面找到所有的反面，再搜索与反面相邻 的所有的面，得到所有的侧面，再从侧面中移除孔和通窗的壁面，即得到了所有的轮廓面。 所需提取的轮廓特征信息主要包括：轮廓编号、轮廓面、精度等级。
[0119] 本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加W实现。
【权利要求】
1. 一种飞机蒙皮铣削高效加工轨迹自动生成方法，其特征是它包括以下步骤： 首先，获得待加工下陷特征的几何元素，结合加工资源库确定刀轨生成策略； 其次，依据下陷特征几何元素及刀轨生成策略，采用偏置轮廓线的方式生成等距线，将 待偏置线段按其特性分为三类，根据等距线生成规则，自动生成各类等距线； 第三，根据等距线连接规则，将三类等距线有序地首尾连接，形成一条曲线，作为蒙皮 铣削高效加工的刀轨； 第四，通过对已有刀轨进行残留检测及刀轨优化处理，保证所生成的刀轨无残留，且适 用于蒙皮各类下陷特征。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的确定刀轨生成策略是指，通过分析下 陷轮廓边凸凹特点并基于下陷底面曲率特性，结合加工资源库确定加工刀具、优选加工方 向和切削宽度： 1) 加工刀具确定，通过分析下陷特征轮廓边的凸凹性，计算凹边的最小曲率半径，作为 刀具的最小半径限制值，同时分析下陷特征底角面的曲率半径，作为刀具底角半径参考值， 在加工资源库中选取一种或几种合适的刀具； 2) 优选加工方向确定，由于蒙皮下陷铣削采用沿底面法向的刀轴进行切削，出于机床 运动学考虑，对于五轴联动机床在加工中应尽量减少大幅度摆角变化，因此选取蒙皮曲率 变化最小的方向进行加工，即尽量增加此方向的刀轨长度，通过分析下陷轮廓边的曲率变 化，以曲率半径最大的边为优选加工方向； 3) 在刀具和优选方向确定后，确定出切削宽度CW的范围如下： 切削宽度CW的下限为
f_d，其中d为超声波测厚装置预留的安全使 用距离，TD为刀具直径，TCR为刀具底角半径； 切削宽度CW的上限>
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的依据等距线生成规则及下陷特征几何 元素生成等距线，以等距线作为最终刀轨的生成依据，其中等距线分为三种类型，第一是与 加工方向平行的I类等距线，第二是与加工方向非平行的类圆弧线作为II类等距线，第三 是与加工方向非平行的类直线作为III类等距线。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的基于三类等距线生成规则自动生成等 距线是指： 首先提取与加工方向近似平行的轮廓边线，存放于Lpal，这里的近似平行是由于蒙皮可 能为双曲率零件，两条对应的边线并不能完全平行，提取后进行以下步骤： 1) 对于Lpal的个数为2时，为典型普通下陷，其等距线生成方法首先以刀具有效切削半 径偏置所有轮廓边界，作为最终沿轮廓环切的刀轨L_ t Wfsrtl ;其次将L_t Wfsrtl中与Lpal相 对应的边作为第I类等距线，并根据两边间最远距离及切宽范围，对Lpal中边线进行偏置， 得到所有第I类等距线；第三将L_ t Mfsetl中剩余边均向内偏置切宽下限值，并将其中圆弧 类的作为第II类等距线，类直线的作为第III类等距线；第四将I类等距线与II类等距线 和III类等距线进行相交打断处理，得到最终各类等距线； 2) 对于Lpal的个数大于2时，为复杂下陷，其等距线生成方法首先同样以刀具有效切削 半径偏置所有轮廓边界，作为最终沿轮廓环切的刀轨Lrant wfsrtl ;其次将Lrant ttffsetl中与Lpal 对应的边提取，并将每两条相邻边之间的区域分为凸、凹两种情况，对于凹区域将其I类线 等距单数条线，对应凸区域将其I类等距线等距双数条线，并将所有等距线作为I类等距 线；第三将L_ t Mfsetl中剩余边均向内偏置切宽下限值，并将其中圆弧类的作为第II类等距 线，类直线的作为第III类等距线；第四每个区域内将I类等距线与II类等距线和III类 等距线进行相交打断处理，得到最终各类等距线。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的根据等距线连接规则，将三类等距线 有序地首尾连接，形成蒙皮铣削高效加工的刀轨的刀轨是指： 1) 首先将三类等距线中的每条线，增加两个端点的属性n，n表示当前端点所在等距线 的个数； 2) 针对每个下陷，从最边缘的一条I类等距线开始遍历，判断当前遍历端点的η属性， 如果η = 2则直接遍历到相连的线，若η>2则按照连接规则进行选择遍历，并删除冗余边， 最终得到由各类线首尾相连的完整曲线，作为初始加工轨迹。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征是所述的按照连接规则进行选择遍历是指： 若当前遍历点η = 3,则按如下规则继续遍历： 1) 当前遍历线为I类等距线型（以下简称I型），下行连接线为II类等距线（以下简 称II型）、111类等距线（以下简称III型）时，遍历III型线，同时删除对应II型线及其 η = 2的连接线； 2) 当前遍历线为II型，下行连接线为I、III型时，遍历I型线，同时删除对应III型 线及其η = 2的连接线； 3) 当前遍历线为II型，下行连接线为I、II型时，遍历I型线，同时删除对应II型线 及其η = 2的连接线； 4) 当前遍历线为III型，下行连接线为1、11型时，遍历I型线，同时删除对应II型线 及其η = 2的连接线； 5) 当前遍历线为III型，下行连接线为Ι、ΙΙΙ型时，遍历I型线，同时删除对应III型 线及其η = 2的连接线； 6) 当前遍历线为I型，下行连接线为多段II型时，遍历II型线中与当前遍历点对应的 另一端点η = 2的那条，同时删除其余II型线。下行连接线为多段III型时，遍历III型 线中与当前遍历点对应的另一端点η = 2的那条，同时删除其余III型线。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的残留检测是指，根据实际加工情况，通 过计算判断刀轨中有残留的位置，当残留出现在刀轨的转弯处且位于两行刀轨间的三角区 域时，其判断方法如下： 1) 将所有I型线进行排序，从第一条开始遍历，判断与其相邻I型线对应端点间是否有 连线，将无连线对应的两端点间距离d作为当前遍历I型线的属性； 2) 根据下陷铣削特点可知，残留会出现在两行刀轨间且处于转弯处的三角区域，根据 等距线生成规则可知，满足下述条件时，会在两行刀轨间留下残余 ： ，（x=l或2),将满足此条件的部 分标记为残留位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的在经过残留检测后对残留位置进行刀 轨优化处理，是指通过在判断出残留的位置处插入新的线段来解决，具体方法如下： 1) 根据蒙皮下陷刀轨要求确定出补充刀轨单元，并判断剩余区域距离d'是否大于补 充刀轨单元宽度，若是则继续增加补充刀轨单元直至d'小于单个补充刀轨宽度，然后进行 以下判断： (1) 若小于最小切宽则刀轨补充结束； (2) 若大于最小切宽则将最后补充刀轨端点与I型线对应端点相连完成刀轨补充； 2) 将所有补充刀轨替换所对应的I型线，完成刀轨补充，将环切刀轨线和残留处理后 的刀轨作为下陷特征的最终刀轨。
【文档编号】G05B19/4097GK104375464SQ201410634883
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月12日 优先权日:2014年11月12日
【发明者】李迎光, 郝小忠, 周鑫, 马斯博, 刘长青 申请人:南京航空航天大学