CN104360634A - 基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法 - Google Patents

Abstract

一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，首先根据机床行程及蒙皮件实际尺寸进行加工区域划分，并对蒙皮件分区域特征识别。其次，确定每一加工区域的排架分布信息及当前区域的特征加工顺序、切削参数等信息，并构建蒙皮中间层工艺曲面，用于自动计算刀具轨迹。根据刀轨信息对机床主轴及顶撑基于特征的自动数控编程，通过干涉判断调整排架位置，最终输出最终数控程序驱动数控机床实现快速加工。基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控编程，缩短刀轨编制周期，实现了加工主轴自动数控编程、顶撑的自动数控编程，减少编程对人的经验的依赖性，保证编程规范性，提高编程质量，同时提高编程效率。

Description

基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法

技术领域

本发明涉及一种集成制造方法，尤其是一种以CAM(Computer Aided Manufacturing)为基础快速自动生成蒙皮零件数控加工程序的方法，具体地说是一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法。

背景技术

镜像铣系统MMS(Mirror Milling System)是一种用于蒙皮铣切加工的新型柔性加工系统，与传统多点系统不同，蒙皮镜像铣削采用排架式真空吸附立式装夹，通过移动排架调整加工区域，背部采用带有超声波测厚的顶撑装置与主轴刀具位置时刻成镜像关系，从而实现对工件加工部位的高度刚性支撑，防止加工过程的颤振，并实现厚度的控制，是一种新型绿色加工技术。

然而，新一代蒙皮镜像铣技术加工工艺复杂，编程前需要根据蒙皮实际尺寸及机床性能对蒙皮进行加工区域的划分，针对蒙皮加工区域确定每个加工区域下排架的分布状态。蒙皮属于弱刚性薄壁件，加工过程中不允许抬刀，以防止加工变形，同时由于厚度监测采用超声波测厚，对刀轨提出了无交叉，无重叠的要求。蒙皮加工需要逐层铣削，而蒙皮中间层特征属于复杂曲面相交特征，包含下陷，通窗等特征，无法利用中间层的工艺面直接数控编程，需要手动创建工艺曲面代替原有曲面。顶撑为保证与加工主轴的实时镜像，需要对顶撑装置进行同步数控编程。传统的数控编程及已有的刀具轨迹无法满足蒙皮镜像铣加工的需求。目前蒙皮镜像铣加工的刀具轨迹采用手动绘制，一个小尺寸(100mm×100mm)工艺面至少需要15-30分钟的时间划线，同时编程过程中，工艺参数，走刀方案及顶撑轨迹都需要单独添加控制指令，严重影响蒙皮镜像铣数控编程效率。

针对以上问题，提出一种基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控编程方法。首先根据蒙皮镜像铣已划分的加工区域，分区域特征识别，快速准确的提取到蒙皮零件的加工特征，利用交互处理完成蒙皮全部特征的提取及保存。基于特征自动规划每个加工区域的排架分布，确定每个加工区域的装夹状态，并决策切削参数，加工顺序等信息。基于决策加工顺序及加工参数自动创建中间层加工特征，并添加到加工特征识别结果中进行基于特征的快速刀轨计算，自动生成每层，每个特征的刀具轨迹。根据刀轨信息和决策的加工工艺方案自动添加主轴加工程序，并自动为顶撑装置数控编程，通过干涉检查判断排架是否与顶撑发生干涉以调整排架位置，最终输出数控程序，完成基于特征的蒙皮镜像铣削自动数控编程。

发明内容

本发明的目的是针对飞机蒙皮零件刚性差、表面复杂需采用镜像加工来保证加工质量，但镜像加工中由于无法直接从工艺数据库中读取工艺规程，需要大量手工操作和选取而导至数控加工程序编程周期长、效率低，影响数控机床加工效率的问题，发明一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法。

本发明的技术方案是：

一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步骤:

首先，根据蒙皮镜像铣加工区域划分规则对蒙皮件划分加工区域；

其次，根据所划分的加工区域对蒙皮零件进行分区域特征识别，分区域特征识别包含自动特征识别及交互特征识别；

第三，基于所识别的特征决策加工顺序及加工参数等信息；

第四，根据决策的加工顺序及加工参数，构造中间特征；

第五，根据蒙皮镜像铣刀具轨迹生成规则，自动计算每个特征的刀具轨迹；

第六，根据蒙皮编程工艺规范及生成的刀具轨迹对加工主轴进行数控编程得到主轴数控程序；

第七，根据蒙皮编程工艺规范及主轴数控程序对顶撑进行数控编程；

第八，干涉检查，调节排架位置直到干涉问题解决；

第九，后置处理，自动生成全部数控加工程序，供数控加工机床进行铣削加工。

所述的加工区域划分是指由于蒙皮镜像铣削装置采用排架式真空吸附卧式装夹，而且加工过程中蒙皮件反面有支撑装置与主轴发生镜像随动，实时压紧蒙皮，为了避免顶撑与排架发生干涉，需要在数控编程前对蒙皮件进行加工区域划分。加工区域划分主要考虑机床的加工行程，蒙皮件刚性及尽量避免拆分加工特征等因素，尽可能减少划分的加工区域数量。

所述的分区域特征识别是指根据蒙皮划分的加工区域，将蒙皮分割成多个零件体，提取每个加工区域待加工特征的几何信息和工艺信息，按照定义好的蒙皮零件特征进行特征化标记，采用全息属性面边图的方法进行特征识别。主要识别蒙皮的下陷特征、通窗特征、孔特征以及轮廓特征。识别过程中标注加工区域，及加工区域中每个特征的厚度，几何尺寸及加工位置等信息，为决策加工顺序、加工参数等信息及刀轨生成提供依据。

所述的蒙皮特征交互识别是在特征识别后，根据实际需求，提供将不必要的特征从特征列表中删除的功能，同时可将未识别到的特征添加的特征列表中。由于蒙皮零件存在建模缺陷，即出现个别完整特征被拆分成多个碎面的情况，碎面的存在不仅影响编程效率，同时影响加工质量，在交互识别中提供碎面拟合功能，将碎面特征离散成点，在从点拟合成能够替代原始特征的工艺曲面，完善识别结果，为后续刀轨计算提供依据。

所述的所述的决策加工顺序及加工参数是通过蒙皮镜像铣数控编程工艺规范提供完整的信息支撑，根据蒙皮件加工区域的划分自动确定排架位置、特征的加工顺序、刀具有效切削半径、刀轨间距范围、进退刀位置，进退刀参数以及切削参数，并确定通窗及轮廓特征的加工工艺方案，基于特征表达工艺规则及工艺方案。

所述的中间特征构造是指蒙皮件中间层工艺下陷面加工特征的构建。蒙皮零件的特征是由复杂曲面相交构成，蒙皮镜像铣削需要从厚度最大的一层，逐层铣削。由于中间层工艺曲面会包含下陷特征，孔特征及通窗特征等，在数控编程时无法直接在中间层曲面上直接绘制加工轨迹，需要创建工艺曲面覆盖原中间层的曲面用以编程。而蒙皮件特征识别不包含中间层加工特征，因此需要根据加工区域的边界条件及决策的加工顺序和加工参数信息构建中间层的工艺曲面，供后续刀轨计算。

所述的刀具轨迹生成规则是指蒙皮镜像铣要求刀轨要满足无残留、无抬刀、无交叉、等距离、刀轴沿曲面法向方向等规则，保证加工过程中超声波测厚信号的稳定及加工过程的稳定。

所述的主轴数控编程是指将决策的加工顺序及加工参数作为自动编程的依据，根据蒙皮镜像铣削数控编程工艺规范，针对每个特征自动添加刀轨操作、进退刀操作并自动赋值工艺切削参数，基于特征实现自动数控编程。

所述的顶撑数控编程是指由于蒙皮镜像铣削采用一个至少五坐标的顶撑装置，实时与主轴形成镜像运动，压紧蒙皮，防止加工颤振及加工变形等加工问题，因此在蒙皮镜像铣的数控编程中需要对顶撑装置单独进行数控编程。顶撑装置数控程序根据主轴加工轨迹，主轴轴向方向，及蒙皮特征厚度自动计算顶撑的实际轨迹。当机床主轴所在位置的刀位点P_n的法向为时，根据蒙皮当前厚度T可以计算出顶撑所在位置的向量及坐标P′_n为：

$\stackrel{\→}{H}=-\stackrel{\→}{S}$

$P_n^{\′}=P_n+\frac{\stackrel{\→}{H}}{\left|\stackrel{\→}{H}\right|}\×T.$

本发明的有益效果是：

1、本发明通过基于特征的决策每种特征工艺方案、加工顺序、切削参数等信息，实现工艺方案决策的自动化及智能化，为自动数控编程提供依据。

2、本发明通过基于特征的刀轨自动生成代替以往蒙皮零件加工特征点选的过程，以及手动划线的过程，准确高效，解决手动划线工作量大及误操作等问题，提高刀轨编制效率。

3、本发明通过基于特征的数控编程自动为主轴添加加工操作，根据主轴走刀路径自动计算顶撑的移动轨迹，并添加数控程序，同时控制顶撑装置上的超声波测厚系统，提高编程效率，并且保证编程的规范性。

4、本发明通过基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控编程方法以特征为载体，实现了基于特征的制造信息集成化，自动化和智能化，将成熟加工工艺应用到数控编程中，摆脱传统蒙皮工艺编程对人员的依赖，解放劳动力，提高生产效率。

附图说明

图1.基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控编程方法流程图。

图2.蒙皮零件区域划分示意图，将蒙皮分成四个加工区域，分别是A1、A2、A3、A4；

图3.蒙皮零件的特征截图，其中，1表示下陷、2表示通窗、3表示孔、4表示轮廓。

图4.下陷特征组成元素示意图。

图5.特征识别结果输出的XML文件。

图6.蒙皮A2加工区域下的排架分布示意图，其中T1、T2两个排架分布在加工区域的左侧，T3、T4、T5、T6分布在加工区域的右侧。

图7.基于特征决策加工参数的结果输出信息文件截图。

图8.中间层工艺下陷面示意图，其中ST₁是蒙皮件毛坯，ST₂、ST₃、ST₄分别是蒙皮件每层的加工状态。

图9.下陷特征自动划线文件截图。

图10.顶撑装置与加工主轴的随动示意图，其中机床主轴所在位置的刀位点为P_n，其法向为T表示蒙皮当前厚度，P′_n为顶撑所在位置的坐标，为顶撑在该位置的法向。

图11.下陷特征自动数控编程文件截图。

图12是本发明实施例的特征识别方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，流程图如图1所示，该方法通过以下步骤实现：

1、加工区域划分

蒙皮镜像铣采用排架式真空吸附，同时背部用顶撑装置与加工主轴随动形成镜像加工，为避免顶撑与排架的干涉，需要在数控编程时对蒙皮进行加工区域划分。划分区域的过程主要包含：

1)由于蒙皮镜像铣机床Y向行程仅有1200mm，Z向可吸附装夹行程不到700mm，因此蒙皮分区域之前需要考虑蒙皮Y向尺寸及Z向尺寸，当超过机床行程，需要对蒙皮水平划分加工区域。

2)由于蒙皮尺寸较薄，真空吸附装置只能吸附加工区域两端，中间部位全部悬空，因此加工区域划分之前需要考虑蒙皮零件的刚性问题，加工区域不能过大，保证吸附装夹时不会发生应力变形。同时由于在加工过程中，如果加工区域更改，需要通过移动排架重新吸附装夹，重复装夹存在定位误差及影响效率，因此需要保证加工区域数量不能过多。通常每张蒙皮区域X向尺寸在700mm到1000mm之间，至少2个以上的加工区域。

3)蒙皮加工区域一旦划分完，针对每个加工区域从厚度最大一层逐层铣削，直到加工完通窗，完成整个加工区域的数控铣削，因此加工区域划分时不能拆分通窗特征，尽量避免拆分下陷特征，尽量减少中间层特征的拆分。

如图2所示，蒙皮件被拆分成四个加工区域。

2、特征定义

根据蒙皮镜像铣数控编程工艺规范，分析蒙皮零件的结构，提炼具有成熟加工工艺的典型几何结构，定义蒙皮零件的加工特征，如图3所示，主要包含下陷特征1、通窗特征2、孔特征3、轮廓特征4。如图4所示，将零件需要铣穿的位置定义成通窗，主要包含标准通窗结构及边界特殊的通窗结构；孔特征指需要钻削的的特征，定义成孔特征，包含孔顶面，孔侧壁及底面；下陷面指包含种子面，底角面和顶面的封闭面，下陷面主要有规则下陷、不规则下陷、带有碎面下陷以及带有通窗结构的下陷面；工艺下陷面指将蒙皮中间层结构，需要单独做曲面划线的位置定义成工艺下陷面特征；轮廓特征是蒙皮零件的理论轮廓边界，用做切边编程的引导线。

3、自动特征识别

基于全息属性面边图的方法进行特征识别，首先定义特征本体，特征本体包含特征的相邻的带有拓扑关系的面、边，通过面与面之间的连接关系，判断种子面所述的特征，并将带有拓扑关系的面进行重组，生成蒙皮零件需要加工的特征。所有特征都按照特征类别与序号进行唯一标识，即特征标识＝特征类别+序号，以此标识作为不同应用间特征关联的工具；若在制造过程中特征被分解，则特征标识＝分解标识+特征类别+序号+分解子序号，下陷特征的标识为S0001，通窗特征的标识为W0001，孔特征的标识为H0001，轮廓特征的标识为F0001，字母后面的数字按照每个特征在特征识别过程中识别的序号。各特征分解后的子特征标识为：下陷分解特征的标识为ZS0001-001，通窗分解特征的标识为ZW0001-001，孔分解特征的标识为ZH0001-001，轮廓分解特征的标识为ZF0001-001；下陷特征的标识面为下陷面，种子标识面为底角面，通窗特征的标识面为通窗侧壁，种子标识面为通窗上下顶面，孔特征的标识面为孔壁面，种子标识面为孔上下顶面，对于轮廓特征，标记最大的轮廓面为标识面，其余面均作为种子标识面。将结果作文输出文件进行保存。

蒙皮零件在设计过程当中，存在设计缺陷，即完整的特征被拆分成两个及多个碎面。碎面的存在使划线的工作量增大，尤其是碎边界，使刀轨在手动划线时出现断续现象，无法接合。基于属性面边图的特征识别，在识别过程中，自动搜索带有公共边的面，通过相连规则的判断，筛选出由于设计缺陷出现的碎面，剔除掉碎面，在原有特征的基础上生成新的工艺下陷面。

特征识别完成后生成特征列表，展开特征列表中的某一特征，相应特征就会高亮显示；点击下陷面的底面，特征列表中的相应下陷面就会展开或收起。特征列表提供用户对特征进行修改的功能。

4、交互特征识别

特征交互识别模块提供用户修改、删除和添加特征的功能，用户通过点选和特征列表来修改识别结果存在问题的特征、删除不需要的特征并添加未识别出来的特征。程序的目的在于修改自动识别中不正确的地方，删除错误的识别结果，添加自动识别中未识别的特征，提高识别准确性和识别率，程序的实现对实现数字化加工制造具有重要意义。

在下陷特征的编辑中，对于某一层中的各个组成元中的面元素和边元素等几何可以添加和删除。添加的方法为选中面或边所在的组成元(每一层的组成元包括：下陷面，顶面，底角面，和下陷凸边)，然后在模型上点选要添加的面或边，即完成了一个面或边的添加；删除的方法为在选中对话框中的具体面或边，即完成了一个面或边的删除。

在下陷特征的参数列表中，可以对下陷的参数做出修改。下陷参数列表包括下陷底面类型，附着元素，与轮廓相邻，开口性，转角半径，底角半径，特征方位，粗糙度和特征位置。当选中列表中的某个面时，下陷参数列表中会出现相应面的容差，可以对有特殊容差要求的面做出修改。

在通窗特征的编辑中，通窗特征的组成员包括主拓扑面，侧面1和侧面2，主边列1和主边列2，约束面1和约束面2面。对通窗中各个组成元中的面元素和边元素等几何的添加和删除，方法与下陷特征相同。

在孔的编辑中，孔特征的组成员包括顶面，底面和壁面。

在孔参数列表中，孔参数包括孔直径，孔深度，特征位置和精度等级。同样，当选中列表中的某个面时，孔参数列表中会出现相应面的容差，可以对有特殊容差要求的面做出修改。

5、特征识别结果保存

特征识别结果将保存在XML文件当中进行输出，输出的识别结果包含特征序号、特征标识、特征类型、特征尺寸、及特征位置等信息，供后续刀轨生成、决策加工顺序、决策加工参数及数控编程提供输入文件。

6、基于特征的决策加工顺序及加工参数

首先根据加工区域划分结果，自动决策每个加工区域的排架分布。通常排架位置根据加工区域边界，向外增加200mm到300mm的距离，防止顶撑与排架的干涉，同时尽可能保证排架均匀分布在加工区域的两侧。

基于特征表达与决策相关的几何信息与工艺信息，其中几何信息为：特征的几何尺寸、位置、几何结构。工艺信息为：材料、毛坯形式、加工余量、加工精度等。由于蒙皮零件采用分层加工，因此要根据特征识别结果重构中间层的蒙皮特征。按照蒙皮镜像铣数控编程工艺规范对蒙皮进行加工顺序决策、加工方法决策及切削参数决策，依据工艺规则和工艺方案形成自动决策结果。基于特征表达＝决策结果形式为：每道工序包含若干工步，每个工步下包含若干操作，每个操作与一个加工特征相对应，特征里含有特征的操作类型、加工策略及切削参数。

其中加工方式及参数主要包括：刀轨类型(Tool Path Style)，切削方向(Direction Of Cut)，加工精度(Machining Tolerance)，刀具(Tool)，刀具直径D，刀具底齿半径Rc，刃长Lc，刀具工作长度L，切宽(Radial Distance Between Path)，切深(Axial Maximum Depth Of Cut)，圆角半径(Corner Radius)，圆角圆弧圆心角(Limit Angle)，圆角切向延伸长度(Extra Segmentoverlap)，过渡圆弧半径(Transition Radius)，过渡角(Transition Angle)，过渡线长(TransitionLength)，圆角减速率(Reduction Rate)，圆角角最小圆心角(Minimum Angle)，圆角减速最大半径(Maximum Radius)，圆角减速预置距离(Distance Before Corner)，圆角减速撤销距离(Distance After Corner)。

7、构造中间特征

蒙皮零件的特征是由复杂曲面相交构成，蒙皮镜像铣削需要从厚度最大的一层，逐层铣削。由于中间层工艺曲面会包含下陷特征，孔特征及通窗特征等，在数控编程时无法直接在中间层曲面上直接绘制加工轨迹，需要创建工艺曲面覆盖原中间层的曲面用以编程。而蒙皮件特征识别不包含中间层加工特征，因此需要根据加工区域的边界条件及决策结果构建中间层的工艺曲面，供后续刀轨计算。首先，根据蒙皮件模型，自动创建一张完整的曲面替代蒙皮件的反面；其次，根据决策的加工顺序和加工参数计算出每次铣削需要达到的厚度值，并自动偏移出每层加工需要的工艺曲面；最后，根据分区域特征识别结果，获取每层特征的外轮廓曲线，用外轮廓曲线截取其偏移的工艺曲面，进而完成中间特征的创建，如图7所示。

8、基于特征识别结果的自动划线

蒙皮镜像铣由于其镜像铣削的特殊性，对刀轨的形式提出了新的需求。根据蒙皮镜像铣数控编程工艺规范的要求，蒙皮镜像铣削的刀具轨迹要求无残留、无抬刀、无交叉、等步距以及刀轴沿曲面法向。已有的刀轨算法中，没有满足要求的刀轨，蒙皮镜像铣编程过程只能采用手工划线，严重影响编程效率。

基于特征识别结果的自动划线，首先读取特征识别结果及决策的加工工艺方案结果，根据特征识别结果中每个特征的唯一标识自动匹配蒙皮零件数模上的实际曲面，获取待加工特征的几何信息、驱动边信息以及工艺信息。根据特征识别得到的工艺信息，自动计算刀具有效切削半径及刀轨间距的范围。根据驱动边信息搜索刀轨的生成方式，连接规则及避让信息，最终生成满足要求的刀具轨迹。

在自动划线过程中，对于下陷面特征，系统直接计算刀具轨迹；对于通窗特征，自动填充工艺曲面，在填充后的工艺曲面上自动划线；对于碎面，在特征识别时已经替换成完整的曲面，在替换后的曲面上划线。

9、手动添加划线操作

基于特征的自动划线，需要读取识别结果，采用自动生成方式为能识别到的特征进行全部划线。实际编程过程中，会存在个别位置的划线不合理，需要重新划线，或者针对局部特征进行划线更改，因此手动添加划线操作的功能。

手动添加划线操作，需要点选需要划线的工艺曲面，手动设置刀轨间距范围及刀具有效切削半径。同时设置刀轨生成的方向，通常沿曲率变化较小的方向进行曲线偏置。选取划线存放的位置，自动生成指定位置的刀具轨迹。

10、基于特征的加工主轴数控编程

蒙皮镜像铣机床的操作指令采用手动添加，同时进退刀采用插铣的方式进行编程，因此在蒙皮镜像铣数控编程过程中，需要添加大量的指令以及插铣操作，不仅影响编程效率，还会出现由于指令的偏差影响加工质量。

基于特征的加工主轴编程，首先基于特征表达与自动编程相关的几何信息与工艺信息，其中几何信息为：特征的几何尺寸、生成刀轨所需的驱动几何、刀轨起始点与终止点、刀轨避让几何等，工艺信息包括：加工特征的刀具信息、特征的加工精度、刀轨策略等。通过特征识别提取加工特征，输出包含几何信息与工艺信息的特征识别结果。

基于特征识别结果的几何信息以及决策的工艺信息，自动生成每个加工特征的刀轨。以特征为单位生成每个特征的加工刀轨的刀位文件，根据不同的应用需求，标记相应的信息，并根据决策的结果及添加的操作自动添加工艺指令及插铣的进退刀指令。

11、基于特征的顶撑装置数控编程

蒙皮镜像铣顶撑装置要求在加工过程中与加工主轴随动，并在加工过程中形成镜像顶撑保证蒙皮加工稳定性，因此在数控编程过程中，需要根据主轴加工程序，对顶撑装置进行数控编程。编程步骤主要包含：

1)根据主轴加工操作结果及每个特征的进退刀信息，自动添加顶撑装置的进退指令；

2)根据主轴加工操作及当前特征的厚度信息，通过对刀具轨迹计算顶撑的移动轨迹；

3)根据蒙皮的曲率变化，自动计算顶撑移动轨迹的刀轴法向；

如图10所示，当蒙皮加工主轴的点坐标为P＝(X,Y,Z)，法向为时，顶撑的法向及点坐标为：

$\stackrel{\→}{H}=-\stackrel{\→}{S}$

$P_n^{\′}=P_n+\frac{\stackrel{\→}{H}}{\left|\stackrel{\→}{H}\right|}\×T$

可以推出：

$\stackrel{\→}{H}=(-i,-j,-k)$

$P_n^{\′}=(X-\frac{i\×T}{\sqrt{i^2+j^2+z^2}},Y-\frac{j\×T}{\sqrt{i^2+j^2+z^2}},Z-\frac{z\×T}{\sqrt{i^2+j^2+z^2}})$

4)根据以上的计算信息自动添加顶撑的移动指令，如图11所示，最终保证顶撑与加工主轴的镜像。

12、干涉检查

根据顶撑装置的数控编程，根据加工区域的法向方向及顶撑的实际尺寸，计算每个加工区域的排架吸附装置到加工区域边界的实际距离，当发现干涉，调整排架到安全位置。

13、后置处理

当基于特征的蒙皮镜像铣削快速数控完成了加工主轴的自动数控编程及顶撑装置的数控编程，通过干涉检查后，输出数控程序，后置处理，等待加工。

本发明的特征识别可采用现有类似技术加以实现，也可采用图12所示的方法加以实现，图12中的飞机蒙皮零件特征识别方法包括以下步骤：

第一，分析飞机蒙皮结构特点和加工特性，定义各类蒙皮加工特征；

第二，对飞机蒙皮零件进行预设置并构建环特性图和全息属性面边图，预设置主要包括：建立加工坐标系、选定反面标识面以及零件模型输入；定义各类蒙皮加工特征的种子面，基于环特性图和全息属性面边图搜索各类特征的种子面；

第三，对带有碎面的种子面进行优化处理，然后基于反面标识面、种子面及拓展规则进行搜索，搜索出各类特征的所有几何元素，构建出蒙皮加工特征；

第四，提取各类特征信息，得到特征识别结果。

本发明所述的通过分析飞机蒙皮零件结构特点和加工特性，将具有相似工艺和几何信息的几何形体定义为蒙皮加工特征包括定义下陷、通窗、孔和轮廓特征。下陷特征是蒙皮上的浅槽，主要包含顶面、底角面和底面，将下陷特征的底面定义为下陷特征的种子面；通窗特征是蒙皮上需要采用铣削加工铣穿的部位，形状上表现为直径较大(通常大于20mm)的圆形通孔或者不规则孔，主要包含壁面、顶面和底面，将通窗特征的底面定义为通窗特征的种子面；孔特征是蒙皮上需要采用钻削加工钻通的部位，形状上表现为直径较小(通常小于或等于20mm)的圆形通孔，主要包含壁面、顶面和底面，将孔特征的底面定义为孔特征的种子面；轮廓特征是蒙皮零件的理论轮廓边界，用做切边编程的引导线，主要包含轮廓面，将反面标识面定义为轮廓的种子面。

所述的反面标识面的选取依据为：定义蒙皮零件待加工面为正面，正面相对的面为反面，选取蒙皮反面中的任意一个面作为反面标识面。

所述的基于环特性图和全息属性面边图搜索各类特征的种子面是指基于环特性图和全息属性面边图，同时分析面的环特性和拓扑连接关系，拓展出符合各类特征种子面环特性和拓扑连接关系特点的面作为各类特征的种子面。环特性图是指通过分析面所具有的环特性，构建出环特性图，环特性主要指有无内环、有几个内环、每个内环分别有多少条内环边等特性。

所述的对碎面进行优化处理时首先根据曲面是否相连、曲率是否连续及厚度是否相同的判断条件，搜索出满足要求的曲面，将有相连关系的曲面视为碎面，进行优化处理，并形成完整的特征以替换原有的碎面特征，保证下陷特征识别的准确性。

所述的下陷特征构建时首先根据反面标识面找到所有的正面，依据下陷种子面拓展规则遍历正面得到正确的下陷种子面，下陷种子面拓展规则：定义含有内环的正面为中间层面，将只含有外环边的正面且和和中间层面不相连的面拓展为下陷底面，根据下陷的种子面找到正确的底角面，再利用下陷底角面找到正确的下陷顶面。所需提取的下陷特征信息主要包括：下陷的编号、厚度、底面、底角面和顶面。

所述的通窗和孔特征构建时首先根据反面标识面找到所有的反面，通过遍历反面得到带有内环边的曲面作为通窗特征及孔特征的种子面。其中，将内环边数量大于2的反面或内环边数量等于2且直径大于20mm的反面拓展为通窗种子面；将内环边数量等于2且直径小于或等于20mm的反面拓展为孔种子面。再根据种子面找到正确的壁面，再根据壁面找到正确的顶面。所需提取的通窗特征信息主要包括：通窗的编号、通窗深度、底面、壁面和顶面；所需提取的孔特征信息主要包括：孔的编号、底面、壁面、顶面、孔直径、孔深度、孔位置、孔的轴向、精度等级、公差。

所述的轮廓特征构建时首先根据轮廓种子面找到所有的反面，再搜索与反面相邻的所有的面，得到所有的侧面，再从侧面中移除孔和通窗的壁面，即得到了所有的轮廓面。所需提取的轮廓特征信息主要包括：轮廓编号、轮廓面、精度等级。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种基于特征的蒙皮镜像铣削数控程序快速生成方法，其特征在于它包括以下步骤:

首先，根据蒙皮镜像铣加工区域划分规则对蒙皮件划分加工区域；

其次，根据所划分的加工区域对蒙皮零件进行分区域特征识别，分区域特征识别包含自动特征识别及交互特征识别；

第三，基于所识别的特征决策加工顺序及加工参数等信息；

第四，根据决策的加工顺序及加工参数，构造中间特征；

第五，根据蒙皮镜像铣刀具轨迹生成规则，自动计算每个特征的刀具轨迹；

第六，根据蒙皮编程工艺规范及生成的刀具轨迹对加工主轴进行数控编程得到主轴数控程序；

第七，根据蒙皮编程工艺规范及主轴数控程序对顶撑进行数控编程；

第八，干涉检查，调节排架位置直到干涉问题解决；

第九，后置处理，自动生成全部数控加工程序，供数控加工机床进行铣削加工。

2.如权利1所述的方法，其特征是所述的加工区域划分是指由于蒙皮镜像铣削装置采用排架式真空吸附卧式装夹，而且加工过程中蒙皮件反面有支撑装置与主轴发生镜像随动，实时压紧蒙皮，为了避免顶撑与排架发生干涉，需要在数控编程前对蒙皮件进行加工区域划分；加工区域划分主要考虑机床的加工行程、蒙皮件刚性和避免拆分加工特征以减少划分的加工区域数量。

3.如权利1所述的方法，其特征是所述的分区域特征识别是指根据蒙皮划分的加工区域，将蒙皮分割成多个零件体，提取每个加工区域待加工特征的几何信息和工艺信息，按照定义好的蒙皮零件特征进行特征化标记，采用全息属性面边图的方法进行特征识别；主要识别蒙皮的下陷特征、通窗特征、孔特征以及轮廓特征；识别过程中标注加工区域及加工区域中每个特征的厚度、何尺寸及加工位置，为决策加工顺序、加工参数等信息及刀轨生成提供依据。

4.如权利1所述的方法，其特征是所述的蒙皮特征交互识别是在特征识别后，根据实际需求，提供将不必要的特征从特征列表中删除的功能，同时将未识别到的特征添加到特征列表中；由于蒙皮零件存在建模缺陷，即出现个别完整特征被拆分成多个碎面的情况，碎面的存在不仅影响编程效率，同时影响加工质量，在交互识别中提供碎面拟合功能，将碎面特征离散成点，从点拟合成能够替代原始特征的工艺曲面，完善识别结果，为后续刀轨计算提供依据。

5.如权利1所述的方法，其特征是所述的决策加工顺序及加工参数是通过蒙皮镜像铣数控编程工艺规范提供完整的信息支撑，根据蒙皮件加工区域的划分自动确定排架位置、特征的加工顺序、刀具有效切削半径、刀轨间距范围、进退刀位置，进退刀参数以及切削参数，并确定通窗及轮廓特征的加工工艺方案，基于特征表达工艺规则及工艺方案。

6.如权利1所述的方法，其特征是所述的中间特征构造是指蒙皮件中间层工艺下陷面加工特征的构建。蒙皮零件的特征是由复杂曲面相交构成，蒙皮镜像铣削需要从厚度最大的一层，逐层铣削；由于中间层工艺曲面会包含下陷特征、孔特征及通窗特征，在数控编程时无法直接在中间层曲面上直接绘制加工轨迹，需要创建工艺曲面覆盖原中间层的曲面用以编程；而蒙皮件特征识别不包含中间层加工特征，因此需要根据加工区域的边界条件及决策的加工顺序及加工参数信息构建中间层的工艺曲面，供后续刀轨计算。

7.如权利1所述的方法，其特征是所述的刀具轨迹生成规则是指蒙皮镜像铣要求刀轨要满足无残留、无抬刀、无交叉、等距离、刀轴沿曲面法向方向的规则，保证加工过程中超声波测厚信号的稳定及加工过程的稳定。

8.如权利1所述的方法，其特征是所述的主轴数控编程是指将决策的加工顺序及加工参数作为自动编程的依据，根据蒙皮镜像铣削数控编程工艺规范，针对每个特征自动添加刀轨操作、进退刀操作并自动赋值工艺切削参数，基于特征实现自动数控编程。

9.如权利1所述的方法，其特征是所述的顶撑数控编程是指由于蒙皮镜像铣削采用一个至少五坐标的顶撑装置，实时与主轴形成镜像运动，压紧蒙皮，防止加工颤振及加工变形问题，因此在蒙皮镜像铣的数控编程中需要对顶撑装置单独进行数控编程；顶撑装置数控程序根据主轴加工轨迹，主轴轴向方向及蒙皮特征厚度自动计算顶撑的实际轨迹；当机床主轴所在位置的刀位点P_n的法向为时，根据蒙皮当前厚度T可以计算出顶撑所在位置的向量及坐标P′_n为：

$\stackrel{\→}{H}=-\stackrel{\→}{S}$

$P_n^{\′}=P_n+\frac{\stackrel{\→}{H}}{\left|\stackrel{\→}{H}\right|}\×T.$