一种用于发动机机匣数控加工的快速编程方法
技术领域
本发明属于薄壁环形件数控加工技术领域，具体涉及一种用于发动机机匣数控加工的快速编程方法。
背景技术
航空发动机机匣类结构件属于薄壁环形件，且富含曲面和相交特征，具有结构复杂刚性差的特点，加工难度大，对数控编程提出了挑战，尤其在编程过程中需创建大量复杂的辅助元素，大量的加工刀轨需要人工创建，编程工作量大，效率低，且对人的要求高，经验依赖性强，导致编程质量不稳定，知识积累性差，因此提高航空发动机零件的数控编程效率和质量一直是航空发动机制造技术研究的难点。
发明内容
针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种用于发动机机匣数控加工的快速编程方法，有效地提高了薄壁环形件的编程质量和编程效率。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种用于发动机机匣数控加工的快速编程方法，包括以下步骤：
步骤1：建立发动机机匣的理论加工特征库，所述理论加工特征库包括槽特征、筋特征、孔特征和凸台特征；给每个理论加工特征赋予对应的加工工艺；
步骤2：将待加工发动机机匣的模型分解得到待加工发动机机匣的实际加工特征，将实际加工特征与理论加工特征比对，识别出与实际加工特征相同的理论加工特征，并将与实际加工特征相同的理论加工特征的加工工艺赋予该实际加工特征；
步骤3：将用于发动机机匣数控铣削的机床信息、刀具信息和切削参数信息与实际加工特征的加工工艺匹配，得到待加工发动机机匣的加工参数信息；
步骤4：根据待加工发动机机匣的加工参数信息生成加工刀轨并导出，完成发动机机匣数控加工编程。
进一步地，所述步骤1中，根据航空发动机机匣零件数控编程规范，分析发动机机匣结构，提取具有成熟加工工艺的几何特征，将提取的几何特征定义为发动机机匣的理论加工特征库。
进一步地，所述槽特征包括环形槽、下陷槽和弧形槽。
进一步地，所述筋特征根据长度和回转角度不同，分为长筋及短筋。
进一步地，所述凸台特征包括圆形凸台、梅花形凸台、三角形凸台、矩形凸台。
进一步地，所述步骤2中，使用面边关系分解待加工发动机机匣模型，根据定义的发动机机匣理论加工特征，使用基于全息属性面边图的方法表达特征几何元素之间的拓扑关系，从而得到待加工发动机机匣上的所有实际加工特征。
进一步地，采用XML文件的形式将得到的待加工发动机机匣上的所有实际加工特征进行保存。
进一步地，所述步骤3中，参照发动机机匣数控铣削编程规范，将用于发动机机匣数控铣削的机床信息、刀具信息和切削参数信息添加到机匣特征数控编程系统中。
进一步地，所述步骤4中，生成的加工刀轨采用NC代码导出。
进一步地，待加工发动机机匣的实际加工特征通过人机交互界面显示。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供了一种用于发动机机匣数控加工的快速编程方法，建立发动机机匣的理论加工特征库，理论加工特征库包括槽特征、筋特征、孔特征和凸台特征；给每个理论加工特征赋予对应的加工工艺；将待加工发动机机匣的模型分解得到待加工发动机机匣的实际加工特征，将实际加工特征与理论加工特征比对，识别出与实际加工特征相同的理论加工特征，并将与实际加工特征相同的理论加工特征的加工工艺赋予该实际加工特征；将用于发动机机匣数控铣削的机床信息、刀具信息和切削参数信息与实际加工特征的加工工艺匹配，得到待加工发动机机匣的加工参数信息；根据待加工发动机机匣的加工参数信息生成加工刀轨并导出，完成发动机机匣数控加工编程。可见，本发明通过航空发动机机匣快速数控编程，提出了基于几何与工艺耦合的机匣特征识别方法以及基于特征的机匣零件刀具轨迹自动生成方法，通过重构特征驱动几何计算刀具轨迹，规范优化程编刀轨，有效地解决了刀轨编制效率低、编程质量不稳定的问题，为航空发动机机匣类零件的生产制造提供有效保障。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明发动机机匣数控加工的快速编程方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，如图1所示，一种用于发动机机匣数控加工的快速编程方法，用于航空发动机机匣的快速编程，提出了面向发动机匣类零件的加工特征定义方法，并根据特征定义内容实现了机匣类零件加工特征的自动识别，通过加工特征技术自动进行工艺决策和加工刀轨自动编程，有效地提高了零件编程质量和编程效率，也使得企业长期积累的加工经验得到继承与共享，具体包括以下步骤：
步骤1：根据航空发动机机匣零件数控编程规范，分析发动机机匣结构，提取具有成熟加工工艺的典型几何特征，将提取的几何特征定义为发动机机匣的理论加工特征库，目前，理论加工特征库包括槽特征、筋特征、孔特征和凸台特征；给每个理论加工特征赋予对应的加工工艺；
其中，槽特征主要指机匣外表面上周边凸起、中间凹陷的区域，主要包含环形槽、下陷槽和弧形槽；筋特征主要指机匣外表面上凸起特征之间狭窄细长的凸起连接部分，根据长度和回转角度不同，细分为长筋及短筋；凸台特征主要指机匣外表面上中间凸起，整体高于周边的凸起结构，根据凸台几何形状不同可以细分为圆形、梅花形、三角形、矩形等；
步骤2：
发动机机匣特征自动识别，特征自动识别功能是针对发动机机匣零件结构特性，对于选择的待识别发动机机匣用面边关系分解待加工发动机机匣模型，根据定义的发动机机匣理论加工特征，使用基于全息属性面边图的方法表达特征几何元素之间的拓扑关系，从而得到待加工发动机机匣上的所有实际加工特征，然后根据识别分型面进行自动获取待加工发动机机匣每层上的加工特征；将实际加工特征与理论加工特征比对，识别出与实际加工特征相同的理论加工特征，并将与实际加工特征相同的理论加工特征的加工工艺赋予该实际加工特征；
自动特征识别的过程其实可以看做图匹配的过程，特征自动识别首先选取零件体，以获取设计模型的信息，然后选取零件体上的分型面，构建虚拟的建模坐标系。通过图关系匹配和拓扑检索，搜索所有特征的种子面，再通过种子面搜索满足槽、筋、孔、凸台等特征的面边关系的实体特征元素，最终得到特征识别结果列表。该特征识别结果列表会以对话框的形式展示，用户可以通过点击特征列表中的相应特征，从而使相应的单个特征或者一类特征高亮显示。特征识别列表输出，通过XML文件的形式将特征识别的特征保存，记录已经识别的零件面边关系，在后面进行自动工艺决策和加工刀轨生成时，将特征信息输入，从而来自动构建待加工特征的切削加工区域和驱动几何元素，最后自动完成相应特征的刀具轨迹自动生成。
步骤3：参照发动机机匣数控铣削编程规范，将用于发动机机匣数控铣削的机床信息、刀具信息和切削参数信息添加到机匣特征数控编程系统中，与实际加工特征的加工工艺匹配，得到待加工发动机机匣的加工参数信息；
也就是说，将机匣的特征识别结果导入到工艺决策模块，系统会自动根据记下的典型几何结构，根据工艺知识库和加工参数库的信息自动将机床信息、刀具信息，切削参数与加工特征匹配，自动针对特征决策出加工参数信息。
步骤4：根据待加工发动机机匣的加工参数信息生成加工刀轨并采用NC代码导出，完成发动机机匣数控加工编程；刀轨自动生成，主要是根据特征识别结果，自动提取得到的每个特征面的信息，通过每个面的驱动信息，构成刀具轨迹的约束条件，根据机匣数控加工对刀轨的特殊需求，利用算法自动计算出满足要求的刀具轨迹，并根据自动工艺决策的结果添加加工操作。
本发明机匣类零件在数控编程之前读入编程工艺模型，然后开始分离内环面区域与外环面区域，进而根据特征定义库的特征定义自动完成特征定义，再根据工艺知识库、切削参数库、刀具参数库自动构建切削区域、驱动几何等完成自动工艺决策和加工刀轨生成，最后通过后置处理模块完成数控加工NC代码输出，最终完成发动机机匣类零件自动数控编程。通过机匣加工特征定义、特征自动识别、自动工艺决策、刀轨自动生成，并进行加工验证，实现航空发动机机匣特征的快速编程，显著提升机匣的加工编程水平和能力。
本发明是以结构特征为加工工艺信息载体，自动识别典型结构的加工特征、自主生成工艺决策和刀轨，实现自动编制刀轨和生成程序，最终实现程序的自动和快速编制，具有集成性技术优势，达到了发动机机匣铣削程序编制的规范化和标准化。并且机匣特征的快速编程方法的在功能模块设计时，将加工轨迹自动生成模块、加工程序自动生成模块、铣削程序结构自动生成模块进行独立设计，根据需要灵活使用，功能模块之间是独立与继承并存的设计，可根据新的使用需求，拓展开发新的模块集成到系统中，具备良好的可拓展性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
