基于特征的机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法
【专利摘要】一种基于特征的机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法，属于CAM【技术领域】。该方法首先进行机匣特征识别或读取机匣环形槽特征结果，然后根据加工资源库中的数据，得到环形槽铣削加工工艺信息，并进行加工区域划分，最后自动生成环形槽铣削粗加工刀轨并排序。该机匣环形槽铣削加工轨迹生成方法计算效率高、正确率高，程序规范性强，知识重用性高，有效减少重复工作量，同时支持单个和多个环形槽的批量处理，灵活性强，能够满足工程人员的不同需求。
【专利说明】基于特征的机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种CAM技术，尤其是一种航空发动机机匣的CAM技术，具体地说是一种基于特征的机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法。
【背景技术】
[0002]随着航空航天工业的不断发展，对航空发动机的制造要求不断提高，机匣作为航空发动机的主要部件在制造过程中也面临着更高的挑战，目前机匣多采用钛合金、高温合金等耐高温、难切削材料，结构上以回转轮毂面为主体周向分布柱状凸台，零件最薄处仅为2-3mm厚，属多岛屿复杂薄壁结构件，加工过程复杂。在机匣数控加工中，由于其结构复杂、精度要求高，对于编程工艺人员的经验依赖性很强。目前航空发动机机匣的数控加工编程工作主要在一些商品化CAM平台上进行，在加工程序的编制时，需要人工设置大量加工参数，编程的工作量非常大，尤其是在机匣环形槽铣削过程中，工艺较为复杂，实际生产中采取基于多中间模型的程序编制，在中间模型的构建上浪费大量人力，且特征编程不连贯，重复工作量大，稳定性较差，后期需要结合大量的仿真工作进行程序的优化，导致编程规范性不足，效率低下，知识的积累性差。
[0003]鉴于以上问题急需一种能够自动生成环形槽铣削粗加工轨迹的方法，在申请号为201410188103.5，发明名称为“航空发动机机匣特征识别方法”的中国专利中，对机匣零件进行了特征定义和特征识别，将机匣零件识别为一系列环形槽特征和凸台特征的组合，为本发明的提出打下了坚实的基础。
[0004]本专利提出了一种基于特征的机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法，属于CAM【技术领域】。首先进行机匣特征识别或读取机匣环形槽特征结果，然后根据加工资源库中的数据，得到环形槽铣削加工工艺信息，并进行加工区域划分，最后自动生成环形槽铣削粗加工刀轨并排序。该机匣环形槽铣削加工轨迹自动生成方法，改变以往基于中间模型的编程方式，一次性自动生成环形槽特征的所有刀轨，且计算效率高、正确率高，程序规范性强，知识重用性高，有效减少重复工作量。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对目前CAM系统中缺少对航空发动机机匣环形槽铣削加工的自动刀轨生成模式，以及现有加工编程效率低、质量差、灵活性不足等问题，提出一种航空发动机机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法。
[0006]本发明的技术方案是:
[0007]—种机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法，其特征是首先进行机匣特征识别或读取机匣环形槽特征结果，然后根据加工资源库中的数据，得到环形槽铣削加工工艺信息，并进行加工区域划分，最后自动生成环形槽铣削粗加工刀轨并排序。
[0008]具体步骤如下:
[0009]步骤1:在CAM环境下，通过自动读取特征识别结果或手动选择机匣环形槽的方法得到待加工的环形槽特征面列，即得到环形槽初始加工区域；
[0010]步骤2:基于凸台高度的加工区域径向划分，根据环形槽顶面及环形槽内部凸台顶面间的高度差将环形槽加工区域进行径向划分；
[0011]步骤3:刀具及加工参数的选择，确定刀具、余量、切宽、切深、径向分层、进给速度等加工参数；
[0012]步骤4:基于刀具对加工区域二次划分，由于在环形槽内部存在凸台结构，考虑到刀具的可切削区域情况，对于刀具直径大于广义侧面间最短距离的情况需要将原加工区域划分为多个子区域，分别进行加工；
[0013]步骤5:自动生成粗加工刀轨，根据加工参数在加工区域内生成驱动线及刀轴面，从而得到粗加工刀轨；
[0014]步骤6:刀轨排序，根据选择的加工方案将生成的粗加工刀轨进行排序，得到最终加工刀轨。
[0015]上述步骤I所述的待加工的环形槽特征面列主要包含两类:环形槽的特征信息及环形槽内凸台的特征信息，本方法提供自动和/或手动两种方式获得环形槽特征面列，即得到环形槽初始加工区域。
[0016]I)自动获得环形槽特征面列:通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别结果文件中提取出所需环形槽的底面、侧面与顶面及环形槽内凸台的侧面与顶面信息，以得到的环形槽侧面及凸台侧面为广义侧面，以得到的环形槽顶面与凸台顶面为广义顶面，如果环形槽底面不只一个面，则在相邻底面连接处以连接线为母线，沿着机匣径向拉伸一个垂直于机匣回转轴的辅助面，并添加为环形槽的广义侧面，得到的面列构成了环形槽初始加工区域。
[0017]2)手动获得环形槽特征面列:通过人工点选模型中的环形槽的底面，并以环形槽底面外环寻找与底面成凹连接的面，即环形槽的侧面，以环形槽底面内环寻找与地面成凹连接的面，即环形槽内部凸台侧面，然后以环形槽侧面搜索得到环形槽的顶面，以凸台侧面搜索得到凸台的顶面，以得到的环形槽侧面及凸台侧面为广义侧面，以得到的环形槽顶面与凸台顶面为广义顶面，如果环形槽底面不只一个面则在相邻底面连接处以连接线为母线沿着机匣径向拉伸一个垂直于机匣回转轴的辅助面并添加为环形槽的广义侧面，得到的面列构成了环形槽初始加工区域。
[0018]上述步骤2基于凸台高度的加工区域径向划分，根据环形槽深度及环形槽内部凸台的高度将环形槽加工区域进行径向划分，具体方法如下:
[0019]I)根据环形槽所有广义顶面与底面间的距离将凸台由低到高进行排序；
[0020]2)提取出每个环形槽加工区域中的底面，根据凸台高度将底面沿机匣径向向外偏移，得到对应高度的偏移面。
[0021]3)用得到的偏移面将加工区域进行径向划分，得到每层加工区域，以偏移面作为每层加工区域的顶面，以低一层的顶面作为本层加工区域的底面，最底层的底面为环形槽
。
[0022]上述步骤3所述的刀具及加工参数的选择是指确定刀具及余量、切宽、切深、进给速度等加工参数，具体如下:
[0023]I)通过对加工材料信息及加工区域的综合分析，并根据刀具库中刀具类型，选用长径比合适的几种刀具供工程人员选用；
[0024]2)在提取选用的加工刀具信息后，经过分析，结合环形槽加工的经验值，自动设定切深和切宽值，主轴转速及进给速度等设置均从切削参数库中提取，同时支持工程人员调難
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[0025]上述步骤4所述的基于刀具对加工区域二次划分是由于在环形槽内部存在凸台结构，考虑到刀具的可切削区域情况，对于刀具直径大于广义侧面间最短距离的情况需要将原加工区域划分为子区域，分别进行加工，具体过程如下:
[0026]I)遍历径向区域划分后每层区域的特征面列，提取出所有凸台侧面；
[0027]2)找到每个侧面与本层区域中除本身外所有广义侧面的最短距离，如果最短距离小于Φ+2δ)，其中D为刀具直径，δ为加工余量，则将该侧面与对应的广义侧面存入相应的列表；
[0028]3)提取得到的列表中每个侧面与对应的广义侧面，得到两侧面最短距离的对应点，连接两点得到最短距离直线，并将最短距离直线沿机匣径向向外偏移得到偏移直线，然后得到偏移直线的中点；
[0029]4)以最短距离线两端点及偏移线的中点三点构造最短距离平面，然后将得到的平面左右偏移，直到与两侧面的交线最近距离大于D+2 δ，得到左右偏移面，并用左右偏移面将所在的区域底面与进行分割；
[0030]5)用分割后的面替换对应的特征面列中的面，并将左右偏移面添加到特征面列的广义侧面中；
[0031]6)重复上述5个步骤，得到划分后的最终加工区域，划分后未加工的狭窄区域根据凸台间的最小距离选择合适的刀具进行粗加工。
[0032]上述步骤5所述的自动生成粗加工刀轨，根据切宽参数在加工区域的顶面与底面生成驱动线，从而得到粗加工刀轨，具体方法如下:
[0033]I)提取每个加工区域的底面与顶面，得到底面和顶面沿回转轴方向的最长交线，即得到过回转轴线的面与底面、顶面的交线中最长的交线，根据切宽，将得到的交线两边预留加工余量后等分，得到刀轨行数，并将等分点以机匣回转轴为旋转轴在所在面旋转扫略得到一条驱动线；
[0034]2)将另一面中对应的交线两边预留加工余量，然后根据行数等分，将得到等分点以机匣回转轴为旋转轴在所在面旋转扫略得到另一条驱动线，根据两条驱动线构建多截面曲面即刀轴面；
[0035]3)将加工区域根据切深进行径向分层，将底面的驱动线作为最底层的下驱动线，并将其在刀轴面沿径向以径向切深为偏移距离向上偏移得到最底层的上驱动线，并以此为下一层的下驱动线，重复上述步骤偏移得到每一层的上下驱动线，并以每层的上下驱动线为驱动，以驱动线所在的面为刀轴面，生成本层粗加工刀轨。
[0036]4)进退刀设置
[0037]①进刀设置，针对每条刀轨，得到下驱动线起点，提取刀轨在起点处的切线方向，并将起始点沿切线方向进行偏移，直到平移点距离本刀轨上驱动线距离为预设高度，以刀轨起始点和平移点为两端点构建直线，作为下进刀驱动线，并按同样方法在上驱动线起始点处构建与下进刀驱动线同样长短的上进刀驱动线，连接上进刀驱动线终点与下进刀驱动线终点，作为进刀方向，将下进刀驱动线终点沿进刀反方向平移到安全平面，得到平移点和下进刀驱动线端点的连接线，将连接线及上下进刀驱动线作为此刀轨的进刀驱动。
[0038]②退刀设置，针对每条刀轨，分别提取上下驱动线终点，连接下驱动线终点到上驱动线终点，作为退刀方向，将下驱动线终点沿退刀方向平移到安全平面，连接平移点和下驱动线端点，作为退刀驱动。
[0039]上述步骤6所述的根据加工方案进行刀轨排序，具体实现方法如下:
[0040]在机匣环形槽加工有两种加工方案环形层铣及单区域铣，根据机匣加工精度要求及对机匣加工过程中的变形分析决定选择环形层铣还是单区域铣。默认采用环形层铣，实际加工中工程人员可根据实际需求选择。
[0041]I)环形层铣刀轨排序
[0042]①将待加工的环形槽以分层最多的槽作为第一个槽，然后按照顺时针方向将所有槽进行排序；
[0043]②提取出每个环形槽的所有刀轨，并将刀轨根据径向分层进行划分，将相同层的刀轨存入同一列表。
[0044]③将每层刀轨列表中的刀轨沿着环形槽轴向从上到下进行排序，并将同一行的刀轨顺时针排序。
[0045]④以第一个槽为起始槽，将所有槽最外层刀轨第一行刀轨顺时针排序，然后将所有槽最外层刀轨第二行刀轨顺时针排序，重复上述步骤完成所有槽第一层刀轨排序，同理完成所有槽的每一层刀轨排序。
[0046]2)单区域铣刀轨排序
[0047]①提取待加工的所有环形槽，然后按照顺时针方向将所有环形槽进行排序，然后将每个槽的加工区域，沿径向从外到内进行排序，径向同一高度的加工区域顺时针排序；
[0048]②提取出每个加工区域的所有刀轨，并将刀轨根据径向分层情况进行划分，将同一层的刀轨存入同一列表；
[0049]③将每层刀轨列表中的刀轨沿着机匣轴向从上到下进行排序，并将同一高度的刀轨顺时针排序，然后将本加工区域的所有层刀轨沿径向由外向内排序。
[0050]④以任意环形槽为起始加工槽，将其所有加工区域刀轨按照加工区域顺序进行排序，重复上述步骤实现所有环形槽的刀轨排序。
[0051]本发明的有益效果是:
[0052]本发明具有计算效率高、正确率高，程序规范性强，知识重用性高的优点，它能有效减少重复工作量，同时支持单个和多个环形槽的批量处理，灵活性强，能够满足工程人员的不同需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0053]图1为本发明的机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法流程图。
[0054]图2为机匣零件及机匣环形槽特征面列示意图，其中A为环形槽底面、B为侧面、C为环形槽顶面、D为环形槽内凸台顶面、E为侧面。
[0055]图3为机匣环形槽底面外环边与内环边示意图，Acje为底面外环边，Aie为底面内环边。
[0056]图4为机匣环形槽基于凸台高度的区域径向划分示意图。
[0057]图5为机匣环形槽基于刀具的区域二次划分示意图，相邻底面间的辅助面示意图及狭窄加工区域示意图，其中Fa为相邻底面间构建的辅助面，An为狭窄加工区域。
[0058]图6为机匣环形槽线驱动示意图。
[0059]图7为进退刀设计示意图，其中左图为进刀设置，右图为退刀设置。
[0060]图8为环形槽两种铣削加工方案的示意图，其中左图为环形层铣示意图，右图为单区域铣示意图。
[0061]图9为环形层铣刀轨排序示意图。
[0062]图10为环形层铣刀轨排序流程图。
[0063]图11为单区域铣刀轨排序流程图。
[0064]图12为刀轨效果图。
[0065]图13为本发明所涉及的航空发动机机匣特征识别方法流程图。
【具体实施方式】
[0066]下面是结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
[0067]如图1-12所示。
[0068]一种航空发动机机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法可概括为:首先进行机匣特征识别或读取机匣环形槽特征结果，然后根据加工资源库中的数据，得到环形槽铣削加工工艺信息，并进行加工区域划分，最后自动生成环形槽铣削粗加工刀轨并排序。
[0069]其流程如图1所示，包含以下具体步骤:
[0070]1、在CAM环境下，通过自动读取特征识别结果或手动选择机匣环形槽的方法得到待加工的环形槽特征面列。环形槽加工中特征信息主要包括两大类:环形槽的特征信息和环形槽内凸台的特征信息。本方法提供自动和手动两种方式获得环形槽特征面列，即得到环形槽初始加工区域。
[0071]I)自动获得环形槽特征面列:通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别结果文件中提取出所需的环形槽底面(如图2中A)、侧面(如图2中B)及顶面(如图2中C)和环形槽内凸台顶面(如图2中D)和侧面(如图2中E)信息，以得到的环形槽侧面及凸台侧面为广义侧面，以得到的环形槽顶面与凸台顶面为广义顶面，如果环形槽底面不只一个面，则在相邻底面连接处以连接线为母线，沿着机匣径向拉伸一个垂直于机匣回转轴的辅助面，并添加为环形槽的广义侧面如图4所示，得到的面列构成了环形槽初始加工区域。
[0072]2)手动获得环形槽特征面列:通过人工点选模型中的环形槽的底面，并以环形槽底面外环(如图3中Aj寻找与底面成凹连接的面，即环形槽的侧面，以环形槽底面内环(如图3中Aie)寻找与地面成凹连接的面，即环形槽内部凸台侧面，然后以环形槽侧面搜索得到环形槽的顶面，以凸台侧面搜索得到凸台的顶面，得到环形槽的的特征面列，以得到的环形槽侧面及凸台侧面为广义侧面，以得到的环形槽顶面与凸台顶面为广义顶面，如果环形槽底面不只一个面则在相邻底面连接处以连接线为母线沿着机匣径向拉伸一个垂直于机匣回转轴的辅助面并添加为环形槽的广义侧面如图4所示，得到的面列构成了环形槽初始加工区域。
[0073]2、基于凸台高度的加工区域径向划分，考虑环形槽深度及环形槽内部凸台顶面间的高度差将环形槽加工区域进行径向划分，具体实现方法如下:
[0074]I)根据环形槽所有广义顶面与底面间的距离将凸台由低到高进行排序；
[0075]2)提取出每个环形槽加工区域中的底面，根据凸台高度将底面沿机匣径向向外偏移，得到对应高度的偏移面TOPi。
[0076]3)用得到的偏移面将加工区域进行径向划分，得到每层加工区域，以偏移面作为每层加工区域的顶面，以低一层的顶面作为本层加工区域的底面，最底层的底面为环形槽
。
[0077]3、刀具及加工参数的选择，确定刀具、余量、切宽、切深、径向分层、进给速度等加工参数
[0078]I)通过对加工材料信息及加工区域的综合分析，并根据刀具库中刀具类型，选用长径比合适的几种刀具供工程人员选用；
[0079]2)在提取选用的加工刀具信息后，经过分析，结合环形槽加工的经验值，自动设定切深和切宽值，主轴转速及进给速度等设置均从切削参数库中提取，同时支持工程人员调
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[0080]4、基于刀具对加工区域二次划分，由于在环形槽内部存在凸台结构，考虑到刀具的可切削区域情况，对于刀具直径大于广义侧面间最短距离的情况需要将原加工区域划分为子区域，分别进行加工
[0081]具体实现方法如下:
[0082]I)遍历径向区域划分后每层区域的特征面列提取出所有凸台侧面(即与本层底面内环呈凹连接的面)存入Bs中；
[0083]2)依次找到Bs中每个侧面与本层中所有广义侧面的最短距离dmin，如果最短距离dmin〈(D+2S)其中D为刀具直径，δ为加工余量，将该凸台侧面存入Bsm中，并将与该侧面距离最近的广义侧面存入Gs中；
[0084]3)依次找到Bsm中每个侧面与对应的Gs中的广义侧面间最短距离的位置记为Pm与Pei，连接PBi与Pei得到直线Li，并将Li沿机匣径向向外偏移5mm得到Li'然后得到L/的中点记为Pmi，如图5所示；
[0085]4)以PB1、Pei及Pmi三点构造平面Fi,然后将Fi进行左右偏移直到与两侧面的交线最近距离大于D+2 δ得到Fa与FiK，如图5所示，并用Fa与FiK将对应的Bsm与Gs及所在的区域底面与进行分割。
[0086]5)将Fa与？11；间的侧面与本层区域底面和顶面存入TF，并将特征列表中对应面替换为分割后(去除TF后)保留的面。
[0087]6)将新的特征列表重新组合构建新的加工区域，然后重复上述5个步骤，直到得到的加工区域中dmin都大于D+2S，得到的即为划分后的加工区域，划分后未加工的狭窄区域根据凸台间的最小距离选择合适的刀具进行粗加工。
[0088]5、自动生成粗加工刀轨，根据切宽参数在加工区域的顶面与底面生成驱动线，从而得到粗加工刀轨，具体的实现方法如下:
[0089]I)提取每个加工区域的底面与顶面，得到底面和顶面沿回转轴方向的最长距离Dis，即过回转轴线的面与底面的交线和过回转轴线的面与顶面交线中最长的交线的长度，计算N= (Dis-D-2*S)/C其中C为切宽，D为刀具直径，δ为加工余量，N表示加工刀数即刀轨行数，N向上取整后N = N+1，然后将L两端分别预留出(D/2+δ)后等分为(N-1)段，并将每段端点保存在Pn中，以机匣回转轴为中心轴将P中的点Pi在其所在面旋转扫略得到一条驱动线Din,如图6所示；
[0090]2)在另一面找到对应的L’，然后将L’两端分别预留出(D/2+ δ )后等分为(N_l)段，并将每段端点保存在P’中，以机匣回转轴为中心轴将P’中的点P’i在其所在面旋转扫略得到另一条驱动线D’ η如图6所示，根据两条驱动线构建多截面曲面即刀轴面；
[0091]3)将加工区域根据切深进行径向分层，将底面的驱动线作为最底层的下驱动线，如图6中的D’η，将D’^在刀轴面内沿径向以径向切深为偏移距离向上偏移得到最底层的上驱动线D η，并以此为下一层的下驱动线并同样偏移得到下一层的上驱动线，直到得到所有层的上下驱动线Dij及D’ u (其中j表示的为底j层驱动)，并以每层的上下驱动线为驱动，以驱动线所在的面为刀轴面，生成本层粗加工刀轨。
[0092]4)进退刀设置
[0093]①进刀设置，针对每条刀轨，连接其上下驱动线的起点得到初始刀轴线TF，得到刀轨在起点处的切线Lt，并将起始点沿切线方向进行偏移，直到平移点距离本刀轨上驱动线距离为预设高度，以Lt作为下进刀驱动线，并按同样方法在上驱动线起始点处构建与下进刀驱动线同样长短的上进刀驱动线Lt’，连接Lt’与Lt的终点得到TF’，并以此为进刀方向，并将其下端点沿进刀反方向平移到安全平面，得到平移点和下进刀驱动线端点的连接线L,，将连接线及上下进刀驱动线作为此刀轨的进刀驱动。如图7左图所示。
[0094]②退刀设置，针对每条刀轨，分别提取上下驱动线终点，连接下驱动线终点到上驱动线终点得到TL，作为退刀方向，将下驱动线终点沿自身延长线Le向上平移到安全平面，连接平移点和下驱动线端点，作为退刀驱动，完成该刀轨的退刀设置，如图7右图所示。
[0095]6、根据加工方案进行刀轨排序，具体实现方法如下:
[0096]在机匣环形槽加工有两种加工方案环形层铣及单区域铣，如图8所示(左图为环形层铣，右图为单区域铣)，根据机匣加工精度要求及对机匣加工过程中的变形分析决定选择环形层铣还是单区域铣。默认采用环形层铣，实际加工中工程人员可根据实际需求选择。
[0097]I)环形层铣刀轨排序
[0098]①将待加工层的环形槽以分层最多的槽作为第一个槽后按照顺时针方向进行排序，每个环形槽记为Ck (其中k表示的为沿顺时针方向的第k个环形槽)；
[0099]②提取出每个环形槽的所有刀轨，并将刀轨根据分层情况进行划分，将同一层的刀轨存入Ti (其中i表示的为由外向内的第i层)，如图9左图所示；
[0100]③将Ti中的刀轨沿着环形槽轴向方向从上到下进行排序，将同一高度的刀轨记为Tu (其中j表示的为第i层刀轨的第j行刀轨)，如图9中右图所示。并将Tu中的刀轨顺时针排序；
[0101]④以C1为起始槽，提取Ck.T11作为起始刀轨以Ck的T11作为第k条刀轨将所有环形槽的Tll进行排序，重复上述步骤实现所有Tlj的排序，重复上述步骤实现所有Tij的排序，具体流程图如图10。
[0102]2)单区域铣刀轨排序
[0103]①提取待加工的所有环形槽，然后按照顺时针方向将所有环形槽进行排序，然后将每个槽的加工区域，沿径向从外到内进行排序，径向同一高度的加工区域顺时针排序，得到加工区域的整体排序，每个加工区域记为Ak (其中k表示的为第k个加工区域)；
[0104]②提取出每个加工区域的所有刀轨，并将刀轨根据分层情况进行划分，将同一层的刀轨存入T’ i (其中i表示的为由外向内的第i层)；
[0105]③将Ti中的刀轨沿着环形槽轴向方向从上到下进行排序，将同一高度的刀轨记为T’ u (其中j表示的为第i层刀轨的第j行刀轨)。并将T’ ,J中的刀轨顺时针排序；
[0106]④以A1为起始加工区域，提取AJ’ n作为起始刀轨以AJ’ lk作为第k条刀轨将本加工区域的第一层刀轨进行排序，重复上述步骤实现本加工区域所有层刀轨的排序，重复上述步骤实现所有加工区域的刀轨排序，具体流程图如图11:
[0107]作为本发明基础的“航空发动机机匣特征识别方法”如图13所示，也可参见中国专利201410188103.5。具体步骤包括:
[0108]步骤1:分析航空发动机机匣结构特点，定义满足机匣铣削加工要求的环形槽特征和凸台特征类型；
[0109]步骤2:对机匣零件进行预设置并提取零件所有面、边信息；
[0110]步骤3:基于种子面、分型面及拓展规则进行面搜索，构建机匣环形槽特征和凸台特征；
[0111]步骤4:提取机匣环形槽特征的所有信息，得到特征识别结果，存入XML文件。
[0112]所述的分析航空发动机机匣结构特点，定义满足机匣铣削加工要求的环形槽特征和凸台特征类型是指:
[0113]通过分析机匣结构特点和加工特性，将机匣加工特征定义为环形槽特征和凸台特征的组合，其中环形槽特征包含顶面、侧面、底角面和底面，且底面上长有周向分布的凸台特征，其中每个凸台特征又包含顶面、侧面、底角面和底面。
[0114]所述的对机匣零件进行预设置并提取零件所有面、边信息是指:
[0115]预设置包含设定加工坐标系和选定分型面，规定将Z轴选为机匣回转轴线方向，X、Y轴不作限定；分型面选择与Z轴垂直且法向平行Z轴的最低平面；其中零件的面、边信息包含面、边的几何信息及面、边与其相邻几何元素的连接关系。
[0116]所述的种子面为基于拓展规则进行特征构建的初始值，环形槽特征的种子面为机匣零件上的锥面、柱面及环形曲面；凸台特征的种子面为环形槽特征的底面列。
[0117]所述的构建机匣环形槽特征时，首先根据机匣种子面依据底面拓展规则得到正确的环形槽底面；再根据底面依据底角面拓展规则得到正确的底角面；再根据底角面依据侧面拓展规则获得正确的侧面；最后根据侧面依据顶面拓展规则得到正确的顶面。
[0118]所述的构建机匣凸台特征时，首先根据凸台种子面(即凸台的底面)依据凸台底角面拓展规则得到正确的凸台底角面；再根据底角面依据侧面拓展规则获得正确的凸台侧面；最后根据侧面依据顶面拓展规则得到正确的凸台顶面。
[0119]机匣环形槽特征的所有信息按顶面、侧面、底角面、底面、凸台的顺序存入XML文件，其中每个凸台特征包含凸台顶面、侧面、底角面和底面。
[0120]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种机匣环形槽铣削粗加工轨迹自动生成方法，其特征是首先进行机匣特征识别或读取机匣环形槽特征结果，然后根据加工资源库中的数据，得到环形槽铣削加工工艺信息，并进行加工区域划分，最后自动生成环形槽铣削粗加工刀轨并排序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于它包括以下步骤: 步骤1:在CAM环境下，通过自动读取特征识别结果或手动选择机匣环形槽的方法得到待加工的环形槽特征面列，得到环形槽初始加工区域； 步骤2:基于凸台高度进行加工区域径向划分，根据环形槽深度及环形槽内部凸台的高度将环形槽加工区域进行径向划分； 步骤3:选择刀具及加工参数； 步骤4:基于刀具对加工区域进行二次划分，由于在环形槽内部存在凸台结构，考虑到刀具的可切削区域情况，对于刀具直径大于广义侧面间最短距离的情况，需要将原加工区域划分为多个子区域，分别进行加工； 步骤5:自动生成粗加工刀轨，根据加工参数在加工区域内生成驱动线及刀轴面，从而得到粗加工刀轨； 步骤6:刀轨排序，根据选择的加工方案将生成的粗加工刀轨进行排序，得到最终加工刀轨。
3.如权利要求2所述方法，其特征是所述的待加工的环形槽特征面列主要包含两类:环形槽的特征及环形槽内凸台的特征信息，通过自动和手动两种方式获得环形槽特征面列，从而得到环形槽初始加工区域； 1)自动获得环形槽特征面列:通过读取机匣特征识别结果，自动从特征识别结果文件中提取出所需环形槽的底面、侧面与顶面及环形槽内凸台的侧面与顶面信息，以得到的环形槽侧面及凸台侧面为广义侧面，以得到的环形槽顶面与凸台顶面为广义顶面，如果环形槽底面不只一个面，则在相邻底面连接处以连接线为母线，沿着机匣径向拉伸一个垂直于机匣回转轴的辅助面，并添加为环形槽的广义侧面，得到的面列构成了环形槽初始加工区域； 2)手动获得环形槽特征面列:通过人工点选环形槽的底面，并以环形槽底面外环寻找与底面成凹连接的面，即环形槽的侧面，以环形槽底面内环寻找与底面成凹连接的面，即环形槽内部凸台侧面，然后以环形槽侧面搜索得到环形槽的顶面，以凸台侧面搜索得到凸台的顶面，以得到的环形槽侧面及凸台侧面为广义侧面，以得到的环形槽顶面与凸台顶面为广义顶面，如果环形槽底面不只一个面，则在相邻底面连接处以连接线为母线，沿着机匣径向拉伸一个垂直于机匣回转轴的辅助面，并添加为环形槽的广义侧面，得到的面列构成了环形槽初始加工区域。
4.如权利要求2所述方法，其特征是所述的根据环形槽深度及环形槽内部凸台的高度将环形槽加工区域进行径向划分具体方法如下: 1)根据环形槽所有广义顶面与底面间的距离将凸台由低到高进行排序； 2)提取出每个环形槽加工区域中的底面，根据凸台高度将底面沿机匣径向向外偏移，得到对应高度的偏移面； 3)用得到的偏移面将加工区域进行径向划分，得到每层加工区域，以偏移面作为每层加工区域的顶面，以低一层的顶面作为本层加工区域的底面，最底层的底面为环形槽底面。
5.如权利要求2所述方法，其特征是所述的刀具及加工参数包括刀具、切削余量、切宽、切深和进给速度，具体选择方法如下: 1)通过对加工材料信息及加工区域的综合分析，并根据刀具库中刀具类型，选用长径比合适的几种刀具供工程人员选用； 2)在提取选用的加工刀具信息后，经过分析，结合环形槽加工的经验值，自动设定切深和切宽值，主轴转速及进给速度等设置均从切削参数库中提取，同时支持工程人员调整。
6.如权利要求2所述方法，其特征是所述的基于刀具对加工区域二次划分是指由于在环形槽内部存在凸台结构，考虑到刀具的可切削区域情况，对于刀具直径大于广义侧面间最短距离的情况需要将原加工区域划分为多个子区域，分别进行加工，具体过程如下: 1)遍历径向区域划分后每层区域的特征面列，提取出所有凸台侧面； 2)找到每个侧面与本层区域中除本身外所有广义侧面的最短距离，如果最短距离小于(D+2 δ )，其中D为刀具直径，δ为加工余量，则将该侧面与对应的广义侧面存入相应的列表; 3)提取得到的列表中每个侧面与对应的广义侧面，得到两侧面最短距离的对应点，连接两点得到最短距离直线，并将最短距离直线沿机匣径向向外偏移得到偏移直线，然后得到偏移直线的中点； 4)以最短距离线两端点及偏移线的中点三点构造最短距离平面，然后将得到的平面左右偏移，直到与两侧面的交线最近距离大于D+2 δ，得到左右偏移面，并用左右偏移面将所在的区域底面与进行分割； 5)用分割后的面替换对应的特征面列中的面，并将左右偏移面添加到特征面列的广义侧面中； 6)重复上述5个步骤，得到划分后的最终加工区域，划分后未加工的狭窄区域根据凸台间的最小距离选择合适的刀具进行粗加工。
7.如权利要求2所述方法，其特征是所述的根据切宽参数在加工区域的顶面与底面生成驱动线，从而得到粗加工刀轨的具体方法如下: 1)提取每个加工区域的底面与顶面，得到底面和顶面沿回转轴方向的最长距离，即得到过回转轴线的面与底面、顶面的交线中的最长的交线，根据切宽，将得到的交线两边预留加工余量后等分，得到刀轨行数，并将等分点以机匣回转轴为旋转轴在所在面旋转扫略得到驱动线； 2)将另一面中对应的交线两边预留加工余量，然后根据行数等分，将得到等分点以机匣回转轴为旋转轴在所在面旋转扫略得到驱动线，根据两条驱动线构建多截面曲面即刀轴面； 3)将加工区域根据切深进行径向分层，将底面的驱动线作为最底层的下驱动线，并将其在刀轴面沿径向以径向切深为偏移距离向上偏移得到最底层的上驱动线，并以此为下一层的下驱动线，重复上述步骤偏移得到每一层的上下驱动线，并以每层的上下驱动线为驱动，以驱动线所在的面为刀轴面，生成本层粗加工刀轨。 4)进退刀设置； ①进刀设置，针对每条刀轨，得到下驱动线起点，提取刀轨在起点处的切线方向，并将起始点沿切线方向进行偏移，直到平移点距离本刀轨上驱动线距离为预设高度，以刀轨起始点和平移点为两端点构建直线，作为下进刀驱动线，并按同样方法在上驱动线起始点处构建与下进刀驱动线同样长短的上进刀驱动线，连接上进刀驱动线终点与下进刀驱动线终点，作为进刀方向，将下进刀驱动线终点沿进刀反方向平移到安全平面，得到平移点和下进刀驱动线端点的连接线，将连接线及上下进刀驱动线作为此刀轨的进刀驱动； ②退刀设置，针对每条刀轨，分别提取上下驱动线终点，连接下驱动线终点与上驱动线终点，作为退刀方向，将下驱动线终点沿退刀方向平移到安全平面，连接平移点和下驱动线端点，作为退刀驱动。
8.如权利要求2所述方法，其特征是所述的根据加工方案进行刀轨排序的方法如下: 在机匣环形槽加工有两种加工方案环形层铣及单区域铣，根据机匣加工质量要求及对机匣加工过程中的变形分析决定选择环形层铣还是单区域铣；默认采用环形层铣，实际加工中工程人员可根据实际需求选择； 1)环形层铣刀轨排序； ①将待加工的环形槽以分层最多的槽作为第一个槽，然后按照顺时针方向将所有槽进行排序； ②提取出每个环形槽的所有刀轨，并将刀轨根据径向分层进行划分，将相同层的刀轨存入同一列表； ③将每层刀轨列表中的刀轨沿着环形槽轴向从上到下进行排序，得到多行刀轨，并将同一行的刀轨顺时针排序； ④以第一个槽为起始槽，将所有槽最外层刀轨第一行刀轨顺时针排序，然后将所有槽最外层刀轨第二行刀轨顺时针排序，重复上述步骤完成所有槽第一层刀轨排序，同理完成所有槽的每一层刀轨排序； 2)单区域铣刀轨排序； ①提取待加工的所有环形槽，然后按照顺时针方向将所有环形槽进行排序，然后将每个槽的加工区域，沿径向从外到内进行排序，径向同一高度的加工区域顺时针排序； ②提取出每个加工区域的所有刀轨，并将刀轨根据径向分层情况进行划分，将同一层的刀轨存入同一列表； ③将每层刀轨列表中的刀轨沿着机匣轴向从上到下进行排序，并将同一高度的刀轨顺时针排序，然后将本加工区域的所有层刀轨沿径向由外向内排序； ④以任意环形槽为起始加工槽，将其所有加工区域刀轨按照加工区域顺序进行排序，重复上述步骤实现所有环形槽的刀轨排序。
【文档编号】G05B19/4097GK104267669SQ201410475780
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2014年9月17日
【发明者】李迎光, 郝小忠, 李志翔, 马斯博, 刘旭 申请人:南京航空航天大学