數控加工自定義加工特征方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種零件數控加工編程方法，尤其涉及一種復雜結構件數控加工特征自定義方法和應用，主要是一種針對復雜結構件的加工特征按照用戶零件的特點和要求進行自定義，實現刀具軌跡自動生成的方法，屬于CAD/CAM/CAPP領域。
【背景技術】
[0002]目前，隨著我國航空航天技術的飛速發展，數控機床加工復雜結構件的應用越來越廣泛。復雜結構件數控加工工藝復雜，工藝準備周期長，且復雜結構件具有多品種、小批量的特點，這就要求復雜結構件的數控加工具有很強的快速響應能力。
[0003]特征是具有一定工程語義的幾何形狀，一般與應用領域相關，在不同的領域有著不同的內涵。在復雜結構件數控加工領域，加工特征作為加工工藝知識的載體，能夠明顯提升加工工藝準備的效率與規范化，并保證加工質量的穩定性。
[0004]國際標準化組織ISO在STEP AP224中發布了加工特征的定義標準，但是STEPAP224中定義的特征結構簡單，承載的加工語義簡單，無法滿足復雜結構件的表達要求。在傳統的制造特征應用系統中，特征的定義是固定的，應用范圍的局限性較大，且新特征的加入需要修改識別、工藝決策等模塊的底層算法，可擴展性差，同時對于不同的企業，其零件之間具有很大的差異，構成零件的特征也有很大的差異，傳統固定意義的加工特征已不具備面向多企業、多品種的復雜結構件的普適性，這就對復雜結構件加工特征的定義提出更尚的要求。
[0005]針對實際生產中存在的問題，亟需一種加工特征用戶自定義方法，允許用戶根據自己的制造資源、零件的幾何和工藝特點、企業編程習慣來定義自己的加工特征，系統能夠自動解析用戶自定義特征的數據結構，自動匹配識別算法，實現特征幾何和特征工藝方案的關聯，自動完成零件特征的工藝決策，生成特征加工的刀具軌跡。此方法可以提高復雜結構件的編程效率和編程質量，縮短零件的制造周期，同時能夠很好的實現企業工藝知識的積累。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是針對復雜結構件數控加工過程中加工特征定義固定，應用范圍有限等問題，發明一種復雜結構件數控加工特征用戶自定義方法，實現加工特征的用戶自定義，改善加工特征的適用性，提高復雜結構件數控編程的效率和質量。
[0007]本發明的技術方案是:
1、由用戶根據企業的制造資源、零件結構以及編程習慣自定義加工特征的幾何形狀，定義加工特征幾何形狀的拓撲關系以及面、邊屬性，并由用戶定義加工特征的關鍵幾何參數信息及其計算方法，為自定義的每一種加工特征賦予唯一標識，在用戶將加工特征的信息交互輸入完成后，通過結構化的數據表達加工特征；最后，根據用戶自定義的加工特征幾何之間的拓撲關系以及面、邊屬性信息進行特征識別，并提取特征的關鍵幾何參數信息。
[0008]2、所述的自定義特征結構化表達，是根據用戶選擇的幾何元素，自動計算各幾何元素的關鍵屬性信息和幾何元素之間的連接信息以及位置信息，構建定義特征的屬性面邊圖，并以父子節點的樹形結構實現加工特征幾何元素的表達和輸出。
[0009]3、所述的對加工特征進行解析，實現加工特征的識別，是首先構建整個零件的屬性面邊圖，按照定義特征的結構化層級結構，查找符合條件的特征幾何元素，構建用戶定義的加工特征，同時提取特征幾何元素的關鍵參數信息。
[0010]4、通過以下方法實現加工工藝規則的定義與解析:使用解釋型語義規則定義加工特征的典型工藝方案，是用戶根據該方法提供的解釋型語言規則，定義特征各元素集的典型加工工藝方案，定義該加工特征的典型加工策略、加工余量、加工操作、加工刀具及對應的參數，同時根據特征的加工精度、表面質量等關鍵參數信息建立工藝規則，以此確定每一個具體加工特征所對應的加工策略、加工操作及其對應的參數；由用戶為加工該特征的各種加工操作點選所需要的驅動幾何元素，自動記錄所選取的驅動幾何模式；根據特征的尺寸以及加工余量建立規則，確定加工該特征所需的刀具；由用戶自定義該加工特征所需檢測的中間加工狀態，也可由用戶自定義觸發中間加工狀態檢測所需的條件。
[0011]5、通過以下方法基于用戶自定義的加工特征進行數控加工切削參數優化:根據加工特征信息，建立基于特征的切削參數優化模型，是根據用戶自定義加工特征的幾何信息和工藝信息，獲取特征的中間加工狀態，根據中間狀態信息對加工特征進行力學模型匹配并計算切削力、變形、功率等約束條件，考慮機床、刀具和材料信息計算該加工特征的各種操作所需的切削參數，包括主軸轉速、進給速度、切深和切寬。
[0012]6、通過以下方法實現基于自定義加工特征的數控加工自動編程:根據用戶自定義的加工特征的幾何形狀以及用戶自定義的加工工藝方案，建立自定義加工特征解析程序，解析程序通過逐行讀取自定義加工特征幾何元素的唯一標識，通過關鍵字符的判斷，對用戶自定義的加工特征幾何形狀和用戶自定義的加工工藝之間的關聯關系進行解析，確保幾何元素和加工工藝實現一一對應的關系，由基于加工特征的切削參數優化模型對各個特征的切削參數進行優化，考慮加工變形和加工路徑因素，對加工特征進行排序，進而自動生成零件的加工刀軌。
[0013]8、通過以下方法實現基于用戶自定義加工特征的加工過程自適應調整:基于用戶自定義加工特征制定加工過程中出現的加工問題進行自適應調整策略，根據不同的檢測或者監測數據進行加工策略調整，包括裝夾調整和刀軌調整；制定不同加工特征與不同加工操作自適應調整對應的規則，根據規則確定調整策略。
[0014]
本發明的有益效果:
與現有基于加工特征的數控加工與編程方法相比，本發明提出的方法允許用戶根據自己的制造資源、零件的幾何和工藝特點、企業編程習慣來定義自己的加工特征，系統能夠自動解析用戶自定義特征的數據結構，自動匹配識別算法，實現特征幾何和特征工藝的關聯，自動完成零件特征的工藝決策，生成加工特征的刀具軌跡。此方法可以提高復雜結構件的編程效率和編程質量，縮短零件的制造周期，同時能夠很好的實現企業工藝知識的積累。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明加工特征自定義及應用的流程圖。
[0016]圖2是本發明【具體實施方式】使用的零件。
[0017]圖3是本發明實施例中的用戶自定義加工特征的幾何元素構成，針對該實例的“槽特征”，其中B_i代表底面幾何元素族；S_i代表側面幾何元素族；SC_i代表轉角面幾何元素族。
[0018]圖4是本發明實施例中用戶自定義加工特征的屬性面邊圖。采用多位編碼的形式表示幾何元素之間的連接和位置關系，圖中各幾何元素之間的編碼第1位代表連接關系:0代表無連接，1代表凹連接，2代表凸連接；第2位代表位置關系:1代表相切，2代表平行，3代表垂直，“.?”代表其他添加的屬性值。
[0019]圖5是本發明實施例中自定義“槽特征”所生成“腹板”的加工刀軌。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0021]如圖1-5所示。
[0022]一種數控加工自定義加工特征方法，其流程如圖1所示，以零件的三維CAD模型為基礎，先由用戶根據企業的制造資源、零件結構以及編程習慣自定義加工特征的幾何形狀，通過交互界面點選零件的三維模型的幾何元素，自動記錄所選幾何元素之間的拓撲關系以及面、邊屬性，由用戶定義加工特征的關鍵幾何參數信息及其計算方法，為自定義的每一種加工特征賦予唯一標識，用戶將加工特征的信息交互輸入完成后，通過結構化的數據表達加工特征；根據用戶自定義的加工特征幾何之間的拓撲關系以及面、邊屬性信息進行特征識別，并提取特征的關鍵幾何參數信息。在此過程中可由用戶以規則的形式自定義加工特征的