一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法，属于CAM技术领域。其特征是首先读取机匣模型及机匣凸台特征结果，通过分析凸台特征信息，自动构建孤岛和非孤岛凸台顶面铣削的加工区域，针对凸台顶面为平面和非平面两种情况，根据加工资源库中的数据，可以选择自动生成或人工输入所需加工凸台顶面的加工工艺信息，自动快速生成凸台顶面加工轨迹。本发明专利技术具有效率高、正确率高，程序规范性强，知识重用性高，能有效减少重复工作量，同时支持单个和多个凸台的批量处理，灵活性强，能够满足工程人员的不同需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法
本专利技术涉及一种CAM技术，尤其是一种航空发动机机匣制造技术，具体地说是一种基于特征的航空发动机机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法。
技术介绍
航空发动机是飞机的动力之源，随着航空发动机推重比的日益提高，不仅对航空发动机机匣的结构设计提出了更高的要求，对机匣的制造也提出更高的挑战，目前机匣多采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料；结构上以转轮毂面为主体周向分部柱状岛屿凸台，零件最薄处仅为2-3mm厚，属多岛屿复杂薄壁结构件。在机匣数控加工中，由于其结构复杂、精度要求高，对于编程工艺人员的经验依赖性很强。目前航空发动机机匣的数控加工编程工作主要在一些商品化CAM平台上进行，如西门子的UGNX，PTC的Pro/E等。在使用这些软件进行加工程序的编制时，需要人工点选大量的几何元素构造加工区域，需要人工设置大量加工参数，编程的工作量非常大，另外在人工编程时，往往由于人为疏忽、经验不足等人为因素导致编程质量的稳定性较差，后期需要结合大量的仿真工作进行程序的优化，导致编程规范性不足，效率低下，知识的积累性差。鉴于以上问题急需一种能够自动快速生成凸台顶面铣削加工轨迹的方法，在申请号为201410188103.5，专利技术名称为“航空发动机机匣特征识别方法”的中国专利中，对机匣零件进行了特征定义和特征识别，将机匣零件识别为一系列环形槽特征和凸台特征的组合，为本专利技术的提出打下了坚实的基础。
技术实现思路
本专利技术的目的针对目前CAM系统中缺少对航空发动机机匣凸台顶面铣削加工的自动刀轨生成模式，以及现有加工编程效率低、质量差、灵活性不足等问题，提出一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法。本专利技术的技术方案是：一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法，其特征首先读取机匣模型及机匣凸台特征结果，通过分析凸台特征信息，自动构建孤岛和非孤岛凸台顶面铣削的加工区域，针对凸台顶面为平面和非平面两种情况，根据加工资源库中的数据，可以选择自动生成或人工输入所需加工凸台顶面的加工工艺信息，自动快速生成凸台顶面加工轨迹。具体步骤包括：步骤1：在CAM环境下，通过自动读取凸台特征信息或手动点选面的方式，得到一个或多个待加工的凸台特征面列；步骤2：分析每个凸台特征面列信息，将凸台特征分为孤岛凸台和非孤岛凸台两类，并结合工艺规则库，获取凸台顶面和侧面的余量信息，自动构建孤岛凸台和非孤岛凸台的顶面铣削加工区域；步骤3：根据加工资源库中的数据，采用自动和人工相结合的方法，针对平顶凸台和非平顶凸台两种情况进行加工工艺决策，得到凸台顶面铣削的加工工艺方案；步骤4：结合平顶凸台顶面加工区域和加工方案，自动生成平顶孤岛和非孤岛凸台顶面的平面铣削精加工刀轨；步骤5：结合非平顶凸台顶面加工区域和加工方案，自动调用CAM软件中成熟的操作方式，将凸台顶面铣削加工区域和加工参数自动赋值到对应操作中，并自动计算刀轨、生成非平顶孤岛和非孤岛凸台顶面行切精加工轨迹。步骤2所述的待加工凸台特征面列主要包含两类：凸台的顶面和凸台的侧面。本专利技术提供自动和手动两种方式获得凸台特征面列，并且两种方式都支持单个和多个凸台特征面列的提取或点选，可由操作人员根据实际需要自由决定，具体如下：1)自动获得凸台特征面列：通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别结果文件中提取出所需凸台的顶面和侧面信息。2)手动获得凸台特征面列：通过人工点选模型中的凸台的顶面，并以凸台顶面外环寻找与顶面呈凸连接的面，即凸台侧面，最终得到凸台特征面列。步骤3自动构建孤岛凸台和非孤岛凸台的顶面铣削加工区域主要包含凸台顶面外环提取，凸台类型判断、凸台顶面侧面余量获取、顶面外环驱动边偏置处理，具体如下：1)提取已通过自动或手动的方式获得的凸台顶面的外环边列。2)分析外环边列与凸台侧面的对应关系，当外环边数量等于侧面数量时凸台为孤岛凸台，当外环边数量大于侧面数量时凸台为非孤岛凸台。3)基于工艺规则库，通过分析凸台顶面铣削前的工序工步，确定凸台顶面铣削工序前，凸台顶面和侧面的加工状态，得到凸台顶面和侧面留有的余量，或由工程人员手动设置。4)分析顶面外环边的凸凹连接性，将凸连接边定义为软边界，将凹连接边定义为硬边界，对于孤岛凸台，其顶面外环驱动边都为软边界，基于侧面加工余量，将软边界向外进行偏置，最终得到孤岛凸台的顶面外环驱动边；对于非孤岛凸台，其顶面外环驱动边即包含软边界还包含硬边界，在偏置软边界的基础上，将硬边界两端进行延伸并与软边界进行打断处理，最终将软硬边界封闭形成非孤岛顶面外环驱动边。步骤4根据加工资源文件，采用自动和人工相结合的方式，针对平顶凸台和非平顶凸台两种情况进行加工工艺决策，主要包含加工方式决策，加工顺序决策，刀具决策和加工参数决策，具体如下：1)加工方式决策，将凸台顶面为平面的采用平面铣加工方式，凸台顶面为非平面的采用行切加工方式。2)加工顺序决策，提供空刀距离最短加工顺序和按层分布的加工顺序，并可由工程人员人工排序。3)刀具决策，根据加工区域顶面类型和尺寸，以及加工材料信息，并根据刀具库中刀具类型，选用长径比合适的几种刀具，并可由工程人员选用。4)加工参数确定，结合加工资源文件，参考以往成熟的加工参数组合，确定顶面加工余量，轴向分层，径向切宽，以及主轴转速、进给速度等必要的加工参数，并可由工程人员修改。步骤5结合平顶凸台顶面加工区域和加工方案，自动生成平顶孤岛和非孤岛凸台顶面的平面铣削精加工刀轨是指：1)针对孤岛平顶凸台，通过分析顶面外环驱动边沿机匣回转轴方向最远上下点，并结合顶面外环驱动边，生成对应平面铣削刀轨；2)对于非孤岛平顶凸台，结合加工方案，通过平移外环驱动边中的硬边界，并结合其他外环驱动边，生成平面铣刀轨。步骤6结合非平顶凸台顶面加工区域和加工方案，自动调用CAM软件中成熟的操作方式，将凸台顶面铣削加工区域和加工参数自动赋值到对应操作中，并自动计算刀轨、生成非平顶孤岛和非孤岛凸台顶面行切精加工轨迹。本专利技术的有益效果是：本专利技术可以实现航空发动机机匣平顶和非平顶的凸台的顶面铣削轨迹快速生成，且计算效率高、正确率高，程序规范性强，知识重用性高，有效减少重复工作量，同时支持单个和多个凸台的批量处理，灵活性强，能够满足工程人员的不同需求。附图说明图1为本专利技术的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法流程图；图2为机匣零件及机匣凸台特征面列示意图，Q为机匣模型，其中A为机匣凸台顶面；B为机匣凸台侧面；图3为机匣凸台顶面凸凹连接外环边示意图，Q为机匣零件，针对平顶凸台、非平顶凸台、与环形槽侧壁相连凸台三种类型，AOET为凸连接外环边，AOEA为凹连接外环边图4为全息属性面边图边角度面角度计算方法示意图，A为边角度计算方法，B为面角度计算方法，其中f1，f2为两个相邻的面，e为相交边，pmid为相交边的中点，A中n1、n2为相邻面f1，f2在pmid的法向量，选取f1，f2中任一面为基准面，这里选取f1为基准面，根据右手螺旋法则确定边e的方向ne，n1到n2的角度记为θ，若θ＞π，则边角度为2π-θ，若θ＜π，则边角度为θ；B中n1、n2为相邻面f1，f2的主法向，同样选取f1为基准面，根据右手螺旋法则确定边e的方向ne，n1到n2的角本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法，其特征首先读取机匣模型及机匣凸台特征结果，通过分析凸台特征信息，自动构建孤岛和非孤岛凸台顶面铣削的加工区域，针对凸台顶面为平面和非平面两种情况，根据加工资源库中的数据，可以选择自动生成或人工输入所需加工凸台顶面的加工工艺信息，自动快速生成凸台顶面加工轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于特征的机匣凸台顶面铣削加工轨迹快速生成方法，其特征首先读取机匣模型及机匣凸台特征结果，通过分析凸台特征信息，自动构建孤岛和非孤岛凸台顶面铣削的加工区域，针对凸台顶面为平面和非平面两种情况，根据加工资源库中的数据，可以选择自动生成或人工输入所需加工凸台顶面的加工工艺信息，自动快速生成凸台顶面加工轨迹；包括以下步骤：步骤1：在CAM环境下，通过自动读取凸台特征信息或手动点选面的方式，得到一个或多个待加工的凸台特征面列；步骤2：分析每个凸台特征面列信息，将凸台特征分为孤岛凸台和非孤岛凸台两类，并结合工艺规则库，获取凸台顶面和侧面的余量信息，自动构建孤岛凸台和非孤岛凸台的顶面铣削加工区域；步骤3：根据加工资源库中的数据，采用自动和人工相结合的方法，针对平顶凸台和非平顶凸台两种情况进行加工工艺决策，得到凸台顶面铣削的加工工艺方案；步骤4：结合平顶凸台顶面加工区域和加工方案，自动生成平顶孤岛和非孤岛凸台顶面的平面铣削精加工刀轨；步骤5：结合非平顶凸台顶面加工区域和加工方案，自动调用CAM软件中的操作方式，将凸台顶面铣削加工区域和加工参数自动赋值到对应操作中，并自动计算刀轨，生成非平顶孤岛和非孤岛凸台顶面行切精加工轨迹。2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的待加工凸台特征面列主要包含两类：凸台的顶面和凸台的侧面；采用自动或手动两种方式获得凸台特征面列，并且两种方式都支持单个和多个凸台特征面列的提取或点选，可由操作人员根据实际需要自由决定；1)自动获得凸台特征面列：通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别结果文件中提取出所需凸台的顶面和侧面信息；2)手动获得凸台特征面列：通过人工点选模型中的凸台的顶面，并以凸台顶面外环寻找与顶面呈凸连接的面，即凸台侧面，最终得到凸台特征面列。3.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的自动构建孤岛凸台和非孤岛凸台的顶面铣削加工区域主要包含凸台顶面外环提取、凸台类型判断、凸台顶面侧面余量获取和顶面外环驱动边偏置处理：1）提取已通过自...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，郝小忠，马斯博，刘旭，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32