[发明专利]飞机复杂构件快速数控加工准备系统及方法

摘要

飞机复杂构件快速数控加工准备系统及方法，系统以现有CAD/CAM系统为平台，包括工艺资源与知识库管理模块、快速毛坯生成模块、零件分类与工艺方案分析模块、自动编程模块、快速工装生成模块、应力分析及变形控制模块、前后置处理模块以及工艺数据生成模块八部分，该系统建立在三维数字化零件模型基础上，较系统和准确地体现并支持飞机复杂构件数控加工工艺准备及编程的专业化流程，可大量减少工艺准备及编程过程中所需的人机交互操作，有效解决由于工艺员经验不足导致编制的程序不稳定，加工工艺方案设计不合理等问题，并能有效控制零件加工过程中以及加工后的变形量，能显著提高数控加工准备和编程的效率与质量，提升CAD/CAM系统的专业化和智能化水平。

主权项

一种飞机复杂构件快速数控加工准备系统，该系统是建立在现有CAD/CAM系统平台上，其特征在于：由工艺资源与知识库管理模块、快速毛坯生成模块、零件分类与工艺方案分析模块、自动编程模块、快速工装生成模块、应力分析及变形控制模块、前后置处理模块以及工艺数据生成模块八部分组成，其中：所述的现有CAD/CAM系统平台，为“飞机复杂构件快速数控加工准备系统”提供平台支撑，系统首先在该平台上建立飞机复杂构件三维零件模型，并与系统的八大模块进行数据交换，辅助实现工装模型的定位、夹紧及生成，辅助生成零件的毛坯模型；然后利用CAD/CAM系统平台的“变形分析”模块实现结构件加工过程中以及加工完后的变形分析；最后根据自动编程模块所构建的加工单元应用CAD/CAM系统平台的“数控加工”模块辅助生成加工操作树并进行刀轨计算和加工仿真；所述的工艺资源与知识库管理模块，为系统提供基础支撑数据、支撑数据与其他模块进行数据交换的接口，以及支撑数据库的管理，其中支撑数据库包括工艺知识库、机床参数库、工件材料库、刀具参数及材料库、数控加工切削参数库、工装标准件库、工装典型件库、工装检验样板模型库、工装设计知识库；另外通过建立其他模块与支撑数据库的数据接口，实现不同模块间的数据传输、调用与管理，完成支撑数据库与整个“飞机复杂构件快速数控加工准备系统”的连接，将支撑数据库与整个系统关联在一起，实现数据资源的共享与管理；支撑数据库的管理包括各种支撑数据的查询、删除、插入、修改、保存以及推理，方便各种支撑数据的查看与更新；所述的快速毛坯生成模块，根据零件模型、毛坯类型以及其它工艺约束条件自动确定零件各个部位的加工余量，生成毛坯模型；所述的零件分类与工艺方案分析模块，首先对现有的飞机复杂构件进行分类并定义出这些零件中不同的典型特征及结构；然后结合工艺资源与知识库管理模块中的工艺知识库确定各种零件对应的加工方案，包括确定各种特征、结构的加工方法、装夹方法、刀具推荐、切削参数推荐以及机床推荐；所述的自动编程模块，首先根据飞机复杂构件的数字化三维模型进行整体零件的加工特征识别，获取零件的所有加工特征；其次根据零件模型、零件类型、加工侧个数、毛坯类型、毛坯模型以及特征识别结果，再结合工艺资源与知识库管理模块中的支撑数据，进行知识推理生成零件的加工方案，其中加工方案采用多叉树进行表示，与实际的加工工艺过程相对应，即生成加工方案结构树；然后根据不同加工阶段及加工特征几何参数自动选取各加工阶段不同特征采用的刀具，并根据不同零件的加工工艺知识自动进行知识推理确定结构件中不同特征的加工顺序；再根据特征识别结果、刀具选取结果以及加工方案结构树，自动在CAD/CAM系统的“数控加工”模块中生成加工操作树，并对每个加工操作自动设置加工几何参数、加工策略参数、刀具参数、切削参数以及加工过渡连接，进而实现加工文件的自动生成；最后进行刀轨计算和加工仿真，并在加工过程中进行切削参数分析，实现切削参数的优化选取；所述的快速工装生成模块，首先快速确定当前工序需要的夹紧和定位位置，快速确定零件的装夹方案，其次由应力分析及变形控制模块对这种装夹方案进行变形分析获取优化的工装方案，再结合人机交互快速确定夹紧与定位器类型，最后从工艺资源与知识库管理模块的工装典型件库、工装标准件库中调用对应的定位及夹紧装置模型，并进行相应的定位与安装；所述的应力分析及变形控制模块，用于优化工装和切削参数，作为系统的辅助模块，在工装装夹完成后，模拟分析加工过程中工件表面应力分布，并分析加工完成后工件表面残余应力分布和工件上各夹紧点位置的材料变形，然后计算出零件在加工后工件的变形量；根据分析和计算结果，调整工装的结构方案和切削参数，以控制工件的变形；所述的前后置处理模块，用于实现不同数控程序之间的转换，其中前置处理用于CAD/CAM系统加工文件转换成中间代码APT文件，后置处理用于将APT转换成不同数控系统的加工代码，并且针对不同数控系统的数控程序，实现其相互之间的自由转换；所述的工艺数据生成模块，提取出零件加工工艺规程中的各项内容，然后添加到工艺报表中，生成加工工艺卡、加工工序卡、数控刀具卡、装夹图及零件设定卡。