[发明专利]基于动态特征模型的CAD/CAM/CNC闭环控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控加工技术，尤其是一种数控加工过程中CAD（Computer Aided Design）/CAM（Computer Aided Manufacturing）/CNC（Computerized Numerical Control）闭环控制方法，具体地说是一种基于动态特征模型的CAD/CAM/CNC数控加工闭环控制方法。

背景技术

数控加工由于其自动化与高效率越来越广泛的被应用在制造业。随着复杂加工工件尤其是飞机机构件、叶盘、叶片等具有高精度要求并且容易变形的出现，数控加工过程的控制变得更加困难。在数控加工过程中，制造资源在持续地发生变化，比如机床和刀具的性能，切削参数和工件的几何与属性在切削过程中都在动态的变化，这些变化给精确的及时的质量控制带来了很大的挑战。另外，加工过程中的动态工况如工件变形、刀具失效、主轴热变形、颤振等问题也增加了加工过程的控制难度。因此，需要新的技术来解决以上问题。

基于特征实现从CAD到CNC的闭环控制可以有效解决以上问题。以特征为载体可以有效地集成工艺知识和经验，提高工艺决策的自动化水平。传统静态特征多是基于零件的最终加工状态定义的，只适用于简单零件。在目前的数控加工信息模型中，STEP-NC是最近十多年提出并且被广泛研究的一个国际标准，为几何信息与工艺信息的集成以及信息的双向流动提供了很好的载体，但是STEP-NC在表达加工过程动态信息以及加工过程中的实时信息反馈方面还不尽如意人。对于形状、工艺、工况复杂的零件，不仅要考虑特征几何的中间状态，还要综合考虑加工过程中的工艺、工况参数，参数的动态安全域值以及超出域值的调整策略，称为动态特征。本发明以高价值、高精度复杂结构件的CAD/CAM/CNC闭环控制为目标，基于动态特征模型，解决数控加工过程闭环控制过程中的关键技术问题，进而有效提高数控加工质量与效率。

发明内容

本发明的目的是针对现有的数控加工闭环控制过程方法中不能使CAD/CAM/CNC有效集成而影响加工质量和效率的问题，发明一种基于动态特征模型的CAD/CAM/CNC闭环控制方法。

本发明的技术方案是：

一种基于动态特征模型的CAD/CAM/CNC闭环控制方法，包括以下步骤：

首先，定义几何信息、工艺信息XML（eXtensive Makeup Language）文件格式，定义NC（Numerical Control）程序格式；

其次，在CAD/CAM软件环境下进行特征识别，提取加工特征的几何及其属性信息，进而进行工艺决策，然后基于特征识别结果与工艺决策结果进行基于特征的数控编程，将加工特征的加工操作的驱动几何及属性信息、工艺信息分别输出到相应的XML文件，将刀轨信息以特征组织的ISO6983的格式输出到传统NC程序中；

第三，定义在线服务软件单元和特征软件单元，其中服务软件单元接收来自外部传感器的监测信号与检测数据，并进行分析，特征软件单元进行动态特征数据的存储、动态检测工艺规划以及数据记录，定义各软件单元的内部算法与变量，制定在线服务软件单元与特征软件单元之间的协作机制以及各软件单元内部多算法之间的协作以及触发机制；

第四，将XML中的信息映射到特征软件单元的内部变量中；

第五，基于动态特征建立加工特征中间状态与检测、监测信息映射关系，以此映射关系作为实时信号分析、在线检测结果分析的依据；

第六，进行加工过程信号的采集与数据分析，基于动态特征模型进行加工-检测-监测一体化的数控加工过程控制，基于信号分析结果实现加工过程监测对检测的触发、监测对加工参数调整的触发，以共享内存的实现特征软件单元对数控系统的实时控制；

第七，将加工过程中监测的信号进行处理，将信号的关键参数以及实际切削参数以基于特征的形式反馈至工艺部门，进而作为追溯数控加工过程以及提高后续工件加工质量与效率的依据。

所述的几何信息XML文件格式为：几何信息以加工操作的驱动几何方式存在，每个几何元素都属于加工操作的一个驱动几何元素，即用来生成刀轨的几何，包括点、线和面；每个加工操作都用特征的唯一标识号标记，同时，每个加工操作所隶属的工步以及工序也被标记，几何信息的总体组织是分级结形式。

所述的将XML中的信息映射到特征软件单元的内部变量中的方法是：以面向对象的编程方式，在特征软件单元中为每一个特征生成一个实例，将各XML中的几何信息与工艺分别映射至相应的变量。