[发明专利]一种基于加工变形监测数据的加工顺序自适应调整方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于加工变形监测数据的加工顺序自适应调整方法，尤其是大型复杂结构件的加工顺序调整方法，属于CAD/CAM/CAPP领域。

背景技术

随着航空航天工业的发展，飞机性能在不断提升，结构件在飞机制造中所占的比重也越来越大，根据英国Warwick大学与ICF国际咨询公司的统计数据，2012年全球飞机结构件的制造费用约占整机制造费用的27％。飞机结构件大量的应用可以减轻飞机的整体重量；降低因铆接、铰接等工艺对飞机结构强度、装配变形的影响；缩短飞机的研发周期等；同时，结构件在向大型化、结构复杂化、制造精确化等方向发展。飞机整体结构件通常包含大量的槽、腹板、筋等加工特征，材料去除率高达80-90％甚至95％，加工之后结构件变形量大，由此可能造成工件报废，从而增加生产成本。优化加工工艺是控制工件变形的有效措施，其中调整加工顺序是优化加工工艺的重要手段。

目前，调整加工顺序的研究主要是采用有限元分析软件，对不同的加工顺序进行模拟仿真，其中加工顺序包括环形铣削、顺序铣削、奇偶铣削、偶奇铣削、对角铣削等铣削方式，通过对比不同加工顺序下的变形量，选择可以减小工件变形量的加工顺序。

但是，相关研究只是面向结构简单、尺寸小的工件，而对于大型复杂航空结构件单一考虑局部特征进行加工顺序调整的工艺效率较低；同时，工件变形的影响因素众多且存在众多的不确定性。通过有限元模拟仿真大多只是定性分析加工顺序对变形的影响，而且应用于大型复杂结构件时仿真效率低；基于预测数据优化加工顺序的方法中采用的预测变形数据与实际加工变形数据存在着误差：除此之外，通过有限元仿真调整加工顺序只是在工件加工之前调整，一旦加工开始，加工顺序就不能重新调整，因此，有限元仿真方法难以精确预测出工件最小变形量的加工顺序，且调整方法比较固定，不够灵活。如何决策出使大型复杂航空结构件变形最小的加工顺序亟待解决。

发明内容

本发明的目的是飞机大型薄壁结构件加工中变形预测实时性差，现有研究依靠预测带来的不确定性在，解决现有方法在应用于大型复杂结构件时效率低，加工过程中不能实时调整的问题，发明一种基于加工变形监测数据的加工顺序在线自适应调整方法。

本发明的技术方案是：

一种基于加工变形监测数据的加工顺序自适应调整方法，其特征在于：在工件底面设置适量的监测点；采用浮动装夹的加工方法，在工件加工完一层释放变形时，获取监测点处的工件加工变形数据，根据监测点处的变形数据进行变形曲面拟合；判断最大变形量是否达到设定的阈值，如果超过设定阈值，则根据工件加工特征的变形参考值对工件的加工特征进行加工区域划分；在区域间考虑各个区域的加工变形状态，采用对称加工的方法确定加工顺序，从而确定工件下一层的加工顺序；在单个区域内采用最短加工路径的加工顺序；若没有达到设定的阈值，则按照原加工顺序加工直至下次释放变形，实现加工顺序的在线自适应调整。

本发明获取工件变形数据的方法是采用浮动装夹的加工方法实时监测工件加工变形，以变形数据驱动加工特征在线自适应调整。

本发明所述的基于加工变形监测数据的加工顺序自适应调整方法，其特征在于：根据监测点处的坐标进行曲面拟合，得到工件底面加工变形的轮廓，以工件加工特征的几何中心向拟合曲面投影，得到工件特征变形参考值，依据此参考值对工件特征进行区域划分；所述的划分加工区域方法采用的是基于最小距离的层次聚类算法，其聚类对象是工件的加工特征。

本发明所述的最短路径采用状态压缩动态路径规划的算法确定。

所述的加工区域划分的原则如下：

原则1.每加工一层获取监测点处精确的加工变形数据，根据加工变形参考值进行区域划分；

原则2.所有的子加工区域之和能够覆盖整个加工区域，以保证加工的完整性；

原则3.区域划分时不能拆割槽等工件加工特征；

原则4.所划分的子区域尽可能关于零件几何中心点或对称轴呈对称分布；

原则5.所划分子区域的数量及面积要适中。

本发明所述的加工区域划分及确定加工路径的过程如下：

步骤1.采用层次聚类算法对加工特征进行聚类，得到聚类中心集合Arealist＝{Area₁，Area₂，Area₃，……}，其中，Arealist表示划分的加工区域的集合，Area_i表示划分的单个加工区域。