一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法与流程

本发明涉及蒙皮加工技术领域，具体涉及一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法。

背景技术：

镜像铣削加工技术是为满足飞机蒙皮下陷、通窗、孔加工需要而发展起来的柔性加工技术。该技术使用柔性工装对蒙皮进行夹持，采用一面铣削加工、一面动态局部支撑的方式，具有产品一致性高、自动化程度高、无需专用工装、加工精度高、无污染物排放等特点。

在弱刚性、成形误差和装夹误差的影响下，蒙皮实际外形与理论外形存在一定的偏差，需要在镜像铣削加工前对蒙皮外形进行测量并调整下陷加工型面。此时如果按照理论的刀具轨迹进行加工，则会出现加工特征过切、欠切、位置不准确等问题，严重时导致蒙皮零件报废，甚至存在较大碰撞机床的风险。因此，需要根据实际外形调整下陷、通窗和轮廓特征。现有调整方法主要基于投影法，将理论加工特征按照距离最近原则映射到实际蒙皮外形上。

现有技术存在的不足之处主要体现在：加工特征轮廓投影误差大且轮廓不连续、加工特征之间的相互位置关系偏差大等问题。

因此，发明人提供了一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法。

技术实现要素：

(1)要解决的技术问题

本发明实施例提供了一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法，通过理论加工特征提取、蒙皮外形在机测量与定位、实际加工特征重构等步骤，实现加工特征的精确调整，解决了加工特征轮廓投影误差大且轮廓不连续、加工特征之间的相互位置关系偏差大的技术问题。

(2)技术方案

本发明的实施例提供了一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法，该方法包括以下步骤：

在套料毛坯数模中以样条形式表达外形曲面；

提取并处理所述套料毛坯数模中的加工特征；

依据计算的所述加工特征的设定参数，获取样条曲面；

对套料毛坯进行在机测量，依据所述样条曲面获取实际外形曲面；

将所述设定参数映射到所述实际外形曲面中，获取实际加工特征。

进一步地，所述提取并处理所述套料毛坯数模中的加工特征，具体包括如下步骤：

在所述套料毛坯数模中提取定位孔、蒙皮轮廓和加工特征轮廓；

计算各个加工特征型面s^fi,nom的台阶深度hi；

计算所述定位孔和所述蒙皮轮廓在毛坯曲面参数空间中的包围盒。

进一步地，所述依据计算的所述加工特征的设定参数，获取样条曲面，具体为：

在所述包围盒的边界和内部取多个参数(ui，vi)^b，计算各个所述参数(ui，vi)^b在所述套料毛坯数模中的理论点pi，拟合成样条曲面snom。

进一步地，所述对套料毛坯进行在机测量，依据所述样条曲面获取实际外形曲面，具体包括如下步骤：

计算蒙皮加工特征轮廓点pi^f在所述样条曲面snom上的加工特征轮廓参数(ui，vi)^f；

以所述定位孔为基准，对套料毛坯实物进行在机测量，获得理论点pi对应的实测点ri；

建立所述样条曲面snom向所述实测点ri进行曲面变形的目标函数；

采用最小二乘法计算所述目标函数，得到控制点增量δdij及所述实际外形曲面sact。

进一步地，所述目标函数为：

式中，f为目标函数，h为特征点数量，δdij为样条曲面snom的控制点增量，ωi,j为控制点权值，ni,k(u)(i＝0，1，...，m)和nj,l(v)(j＝0，1，...，n)分别为u向k次和v向l次基函数。

进一步地，所述实际外形曲面sact为：

进一步地，将所述设定参数映射到所述实际外形曲面中，重构实际加工特征，具体包括如下步骤：

将所述加工特征轮廓参数(ui，vi)^f映射到所述实际外形曲面sact中，得到曲面s^fi；

将所述曲面s^fi按照所述台阶深度hi进行偏置，重构出下陷、通窗和轮廓的实际加工特征s^fi,act。

(3)有益效果

综上，本发明通过理论加工特征提取、蒙皮外形在机测量与定位、实际加工特征重构等步骤，实现加工特征的精确调整，解决了加工特征轮廓投影误差大且轮廓不连续、加工特征之间的相互位置关系偏差大的技术问题。该调整方法有效地利用了曲面参数与实际点位的关系，可保证加工特征调整后的形状和位置关系，避免传统的基于距离映射的展成法带来的精度损失；有效提高蒙皮加工特征调整的自动化程度，在曲面映射环节实现自动化运行；可在任意cad平台实现，也可通过独立编写算法实现，通用型较强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法中提取加工特征的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法中加工特征型面的台阶深度的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法中定位孔和蒙皮轮廓在毛坯曲面参数空间中的示意图。

图中：

1-定位孔；2-蒙皮轮廓；3-蒙皮型面；4-加工特征轮廓；5-加工特征型面；6-毛坯曲面参数空间；7-包围盒。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

s1、在套料毛坯数模中以样条形式表达外形曲面。

本步骤中，蒙皮外形以样条式的外形曲面表达能够通过几何形体的方式有利于提取加工特征。

s2、提取并处理套料毛坯数模中的加工特征。

本步骤中，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，此处定义下陷、通窗、定位孔和轮廓特征；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透的部位，形状上表现为直径大于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；定位孔特征是蒙皮上需要采用钻削加工钻通的部位，形状上表现为直径小于或等于20mm的圆形通孔，主要包含壁面、顶面和底面，将定位孔特征的底面定义为定位孔特征的种子面；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。

s3、依据计算的加工特征的设定参数，获取样条曲面。

本步骤中，样条曲面即为理论外形曲面，通过套料毛坯模型进行拟合获得该理论外形曲面。

s4、对套料毛坯进行在机测量，依据样条曲面获取实际外形曲面。

本步骤中，以定位孔为基准，对套料毛坯实物进行在机测量，获得理论点pi对应的实测点ri，建立曲面snom向实测点ri进行曲面变形的目标函数。

s5、将设定参数映射到实际外形曲面中，获取实际加工特征。

本步骤中，设定参数为加工特征轮廓参数(ui，vi)^f，将其映射到实际外形曲面sact中，得到曲面s^fi；将曲面s^fi按照台阶深度hi进行偏置，重构出下陷、通窗和轮廓的实际特征s^fi,act。

作为一种优选的实施方式，在步骤s2中，提取并处理套料毛坯数模中的加工特征，图2是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法中提取加工特征的示意图，图3是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法中加工特征型面的台阶深度的示意图，图4是本发明实施例提供的一种蒙皮镜像铣削加工特征的自适应调整方法中定位孔和蒙皮轮廓在毛坯曲面参数空间中的示意图，如图2-4所示，具体包括如下步骤：

s201、在套料毛坯数模中提取定位孔1、蒙皮轮廓2和加工特征轮廓4；

s202、计算各个加工特征型面5的台阶深度hi；

s203、确定定位孔1和蒙皮轮廓2在毛坯曲面参数空间6中的包围盒7。

具体地，多个加工特征型面5均设于蒙皮型面3上，多个定位孔1以及蒙皮型面3均设于毛坯上。

作为一种优选的实施方式，在步骤s3中，依据计算的加工特征的设定参数，获取样条曲面，具体为：

在包围盒的边界和内部取多个参数(ui，vi)^b，计算各个参数(ui，vi)^b在套料毛坯数模中的理论点pi，拟合成样条曲面snom。

作为一种优选的实施方式，在步骤s4中，对套料毛坯进行在机测量，依据样条曲面获取实际外形曲面，具体包括如下步骤：

s401、计算蒙皮加工特征轮廓点pi^f在样条曲面snom上的加工特征轮廓参数(ui，vi)^f；

s402、以定位孔为基准，对套料毛坯实物进行在机测量，获得理论点pi对应的实测点ri；

s403、建立样条曲面snom向实测点ri进行曲面变形的目标函数；

s404、采用最小二乘法计算目标函数，得到控制点增量δdij及实际外形曲面sact。

作为一种优选的实施方式，目标函数为：

式中，f为目标函数，h为特征点数量，δdij为样条曲面snom的控制点增量，ωi,j为控制点权值，ni,k(u)(i＝0，1，...，m)和nj,l(v)(j＝0，1，...，n)分别为u向k次和v向l次基函数。

作为一种优选的实施方式，实际外形曲面sact为：

作为一种优选的实施方式，在步骤s5中，将设定参数映射到实际外形曲面中，重构实际加工特征，具体包括如下步骤：

s501、将加工特征轮廓参数(ui，vi)^f映射到实际外形曲面sact中，得到曲面s^fi；

s502、将曲面s^fi按照台阶深度hi进行偏置，重构出下陷、通窗和轮廓的实际加工特征s^fi,act。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。