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基于特征的快速编程技术在飞机蒙皮工件中的应用(二)

2017/12/11    来源:互联网    作者:胡敏  向兵飞  李迎光  徐明  祝小军      
关键字:蒙皮  特征识别  刀轨生成  数控编程  
蒙皮镜像顶撑铣削制造技术实现了飞机蒙皮的精确绿色制造,但其特殊的加工工艺对刀具轨迹提出了等步距、无交叉、无抬刀等特殊要求,在满足特殊的刀具轨迹条件下实现复杂蒙皮结构的快速编程是一个难题。为采用基于蒙皮特征的快速编程技术解决以上难题,重点对蒙皮特征加工定义、特征识别和刀轨生成技术进行研究。以具有典型特征的蒙皮工件对基于特征的蒙皮快速编程系统进行验证。结果表明,采用快速编程系统能实现蒙皮特征的自动识别和刀具轨迹的自动生成,提高了大型蒙皮工件的编程效率。并已在航空制造企业得到成功应用。

    2.2 基于特征的蒙皮加工刀轨生成算法

    2.2.1 基于特征的刀轨生成策略

    对于不同特征存在不同的刀轨生成策略,以下陷特征为例进行说明,首先获得待加工下陷特征的驱动几何,分析其轮廓凸凹特点并基于下陷底面曲率特性,再结合加工资源库确定加工刀具、优选加工方向和切削宽度等刀轨生成策略,如图5所示。

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    图5 刀轨优选万同判斯示墨图

    刀轨生成策略为:①确定优选加工方向,下陷的刀轨沿曲率变化较小的方向,减少刀轴的连续摆动,提高加工效率。②考虑蒙皮所具有单曲/双曲率的特性,将与优选加工方向类似平行的驱动边提取,作为等距方向类平行线,并记录其个数Lpal。③刀具的选择,刀具有效切削半径RE及刀具底角cr需满足Re<R,cr≤CR。④确定切削宽度,切削宽度CW的范围为:

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    2.2.2 基于特征的刀轨自动生成方法

    根据等距线连接规则,将三类等距线有序地首尾连接,形成一条曲线,作为蒙皮工件铣削高效加工的刀轨。图6为加工特征等距线生成示意图。刀轨自动生成方法如下:

    (1)将加工特征驱动边Lcont向下陷内部偏移Offset1距离,作为下陷铣削最终环切一刀的刀轨,并存人Lcont-Offset1

    (2)找到偏移后的轮廓线Lcont-Offset1中与Lpal相对应的两条,计算两线之间沿下陷底面的最远距离D。

    (3)将Lcont-Offset1中各线继续向下陷内部偏移Offset2距离,Offset1=CWmin偏移后的各线段存入Lcont-Offset2中,并找到对应于Lpal的两条线段,存入LineI,将Lcont-Offset2中类圆弧线段存入LineII,其余存类直线线段存入LineIII。

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    图6 加工特征等题线生成示意图

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    3 快速编程系统应用实例

    蒙皮镜像顶撑铣削快速数控编程系统包含工件特征识别、蒙皮工件加工区域划分、分区域特征识别结果输出、刀具轨迹自动生成及加工操作自动生产模块等各个功能模块,系统基于CATIAV5平台,用VS/CAA/XML开发实现。

    自动特征识别模块对典型特征进行自动识别,加工参数自动提取。特征识别首先获取设计模型信息,通过拓扑检索,逐层搜索下陷、通窗、孔的特征,形成特征列表,高亮显示特征,如图7a所示的下陷特征和通窗特征。蒙皮特征识别结果以XML文件保存,通过将加工特征中需要加工的驱动面标识值输入到XML文件中保存,读取XML文件即可得到工件模型的加工特征,并获取待加工的驱动面和驱动边。刀轨生成模块根据特征识别模块提供的几何对象和工艺知识,在CATIA平台生成满足无干涉、无残留、无重叠、无中途抬刀的蒙皮镜像顶撑铣刀具路径要求,生成的刀具轨迹如图7b所示。

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    图7 蒙皮特征识别和刀具轨迹示意图

    采用蒙皮镜像顶撑铣快速数控编程系统完成蒙皮工件数控编程,并用蒙皮镜像顶撑铣削设备进行实际加工,加工效果如图8所示。对加工后的蒙皮工件进行加工精度、表面粗糙度测量,测量结果表明,采用蒙皮镜像顶撑铣快速数控编程系统编制的程序满足蒙皮镜像顶撑铣加工的质量要求。

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    图8 蒙皮工件加工效果图

    4 结语

    本文围绕蒙皮数控镜像顶撑铣削加工,针对蒙皮镜像顶撑铣切设备对数控编程提出的特殊需求,开展蒙皮镜像顶撑铣快速数控编程技术研究及应用。①通过对蒙皮镜像顶撑加工原理及数控编程技术的分析,得出蒙皮镜像顶撑铣刀具轨迹的特殊要求。②采用特征识别技术和自动刀轨生成技术等关键技术,实现蒙皮特征的自动识别和刀具轨迹的自动生成。③蒙皮快速数控编程系统已在航空制造企业得到成功应用,突破国外机床厂商的复杂编程技术,提高大型蒙皮工件的数控编程效率和加工质量。

责任编辑:张纯子
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