[发明专利]一种基于特征库的复杂曲面零件机械臂加工系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于特征库的复杂曲面零件机械臂加工系统和方法，属于复杂曲面机械臂铣削加工新技术领域。

背景技术

复杂曲面机械零件应用领域广泛，但是现有的复杂曲面零件铣削加工工艺复杂、加工精度低、加工效率低，因此提高复杂曲面铣削加工效率、有效配置加工制造资源、对加工制造工艺过程进行优化、增强加工环节管控能力、降低加工成本和信息化成本等均向云制造模式下复杂曲面加工提出了迫切需求。随着智能制造、云制造和工业机器人等技术的研究发展，通过机械臂铣削加工实现针对具有不同体型、复杂面型、高曲率变化等特征的复杂曲面零件的高效率加工是提高复杂曲面加工的重要手段，是实现复杂曲面高效率加工的发展趋势。但是现有针对机械臂直接进行铣削加工的研究较少，机械臂铣削加工工艺过程中信息数据链不完整，而且传统的多轴数控铣削加工中通过CAM技术生成的刀轨文件无法直接应用于机械臂加工环境，现有机械臂加工研究中，只能针对专一型号或面型的复杂曲面零件进行铣削加工，难以实现针对不同型号和面型的普适性铣削加工，因此机械臂直接进行复杂曲面铣削加工的技术问题亟待解决。

发明内容

本发明提供了一种基于特征库的复杂曲面零件机械臂加工系统和方法，以解决机械臂铣削加工工艺过程中信息数据链不完整、CAM系统与机械臂加工语言接口缺乏、机械臂普适性铣削加工困难的问题。

本发明采取如下方案：

一种基于特征库的复杂曲面零件机械臂加工方法，其特征在于，包括步骤：

（1）建立待加工复杂曲面零件数字化模型，分析该复杂曲面零件特征，计算并提取待加工复杂曲面零件的特征数据；

（2）通过工艺规划和特征匹配模块对待加工复杂曲面零件从特征数据库中匹配相似的信息，制定加工工艺流程和设置相应的加工工艺参数；

（3）通过加工仿真模块对待加工复杂曲面零件的加工过程进行数字化仿真分析，生成经过代码转换和参数优化后的机械臂加工刀轨文件；

（4）通过实际加工模块对待加工复杂曲面零件进行机械臂铣削加工。

其中特征数据库的建立过程包括步骤：

a在对多种类型的复杂曲面特征进行分析的基础上，利用特征点、特征线和特征面对复杂曲面特征进行描述；

b将特征点、特征线和特征面的特征参数表示为型面特征数据，进一步为复杂曲面添加包括序号、名称、类型、材料在内的基本信息，并将参数化的型面特征数据和基本信息以文件形式保存；

c为复杂曲面添加对应的加工工艺数据，具体为根据复杂曲面加工经验或实验研究所得的复杂曲面加工过程最优化工艺方案和相关参数设置经验，将包括最优加工工艺方案、最优工艺参数、最优工装信息、最优刀具信息、最优机床信息在内的加工过程相关的最优数据添加至复杂曲面的数据信息中，构成复杂曲面的加工工艺数据；

d将多个复杂曲面零件的特征数据整合在一起，构建成为特征数据库。

特征数据包括复杂曲面的基本信息、型面特征数据、加工工艺特征数据，复杂曲面的基本信息如：序号、名称、类型等，型面特征数据如：特征点、特征线和特征面的特征参数、曲率变化程度、外边界特征、型面刚度等，加工工艺特征数据如：最优加工方法、工艺参数信息、加工刀具信息、加工机床信息等。

其中，步骤2中对匹配相似的信息，制定加工工艺流程和设置相应的加工工艺参数包括步骤：

a对待加工零件的型面特征参数进行匹配，具体为提取待加工零件型面的特征点、特征线、特征面的特征参数，进一步利用常用的相似度计算方法在特征数据库中检索并匹配特征参数相似的复杂曲面的型面特征数据，进一步提取所匹配到的复杂曲面的基本信息，如：编号、名称、类型等；

b对待加工零件的加工工艺参数进行匹配，具体为根据所匹配的复杂曲面的基本信息映射出对应的加工工艺数据，进一步根据待加工零件的加工特性与加工需求信息如：零件材料、尺寸、粗糙度、行位公差等，在加工工艺数据中利用常用的近义词检索技术检索并匹配待加工零件加工过程所需的最优工艺方案和加工参数信息，如：主轴转速、切削率、进给量、刀具信息、机床信息、夹具信息等。

其中，步骤3中对加工过程进行数字化仿真分析包括步骤：

a依据工艺方案和加工参数预设，在加工仿真模块对零件的包括粗加工、半精加工、精加工等过程在内的加工过程进行数字化加工仿真，进一步生成加工刀轨文件；

b利用代码转换接口将加工刀轨文件中的G代码转换为机械臂加工语言，进一步利用信息处理模块的仿真验证、参数优化功能对刀轨数据进行参数修正与优化处理，进一步输出机械臂加工刀轨文件；