[发明专利]基于过渡特征简化的多型腔结构件加工工步序列决策方法

说明书

本发明公开了一种基于过渡特征简化的多型腔结构件加工工步序列决策方法，依次包括：判断被加工工件特点和型腔转角要求，从三维加工工艺设计系统提取被加工件加工工序模型；通过提取过渡特征的相关几何元素，利用算法自动构建辅助平面，构建过渡特征线段；基于过渡特征线段对过渡特征对应的几何元素进行重构，依据几何元素之间的关系获得准确的刀具进刀位置；将获得的刀具进刀位置坐标赋予加工元，并在加工元信息实体中定义工艺信息，生成加工元信息模型数学表达式；运用精英保留策略的遗传算法对加工元进行优化排序，得到最优刀具走刀路径；最终将得到最优刀具走刀路径匹配对应的加工工步的工艺信息，获得加工工步序列智能化决策结果。

技术领域

本发明属于数字化加工技术领域，涉及一种加工工步决策方法，具体是一种基于过渡特征简化的多型腔结构件加工工步序列决策方法。

背景技术

型腔是飞机结构件和模具设计当中常见的一种结构，在实际生产制造中，通常采用数控铣削的方式进行加工。大尺寸多型腔类零件由于其整体轮廓尺寸较大(飞机整体结构件尺寸可达4000mm×2000mm)，型腔数量多并且彼此空间距离远，由此产生的刀具空行程时间是此类零件工艺决策过程中不可忽略的重要因素。多型腔类零件的工艺规划需考虑型腔轮廓及其空间位置关系，在保持切削方式不变的情况下，应尽量减少换刀次数和空行程。

优化刀具空行程时间，实质是对走刀路径的优化，属于工艺路线决策当中的路径优化排序问题，一般可总结为典型的旅行商问题(Traveling Salesman Problem,TSP)。在实际应用中这类问题求解常采用的方法主要包括两种：一种为启发式算法求近似解，比较典型的有：遗传算法、蚁群算法和粒子群算法等；另外一种为基于电磁机制(EM)的算法进行刀具路径规划。这些算法主要存在如下个问题：(1)加工特征距离依赖人工计算。人工计算结果作为优化算法的参数输入，不但智能化程度较低，而且难以保证计算结果的准确性；(2)没有考虑过渡特征对刀具路径规划的影响。过渡特征广泛存在于型腔的转角处，型腔外轮廓过渡特征的数控加工可通过简单的修改刀具偏置参数来实现；而内轮廓加工时，必须由编程人员人为的加一个辅助的过渡圆弧，并且必须保证过渡圆弧半径大于刀具半径，不但增加了数控编程的工作难度，而且稍有疏忽，过渡圆弧半径小于刀具半径时，会因刀具干涉而产生过切，使加工零件报废。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于过渡特征简化的多型腔结构件加工工步序列决策方法。

本发明提供了一种基于过渡特征简化的多型腔结构件加工工步序列决策方法，实现过程为：

判断被加工工件是否具备大尺寸、多型腔的特点，并且工艺对型腔转角是否有采用圆角过渡的要求，若均为是，则提取被加工工件加工工序模型；

通过提取被加工工件加工工序模型过渡特征的相关几何元素，利用算法自动构建辅助平面，构建被加工工件的过渡特征线段；

基于被加工工件过渡特征线段对过渡特征对应的几何元素进行重构，在不改变型腔几何形状的前提下，依据几何元素之间的关系获得准确的刀具进刀位置；

将获得的刀具进刀位置坐标赋予加工元，同时，在加工元信息实体中定义加工特征代码、加工方法、制造资源、刀具可进刀方向，生成加工元信息模型数学表达式；

将加工元以遗传编码的形式表达，以加工辅助用时最短为约束条件，利用刀具进刀位置坐标计算加工元之间的空间距离和加工辅助用时；采用基于精英保留策略的遗传算法对加工元进行优化排序，通过基因编码的遗传、交叉、突变，搜索全局范围内的最优加工元序列组合，得到最优刀具走刀路径；

将得到最优刀具走刀路径匹配对应的加工工步的工艺信息，获得加工工步序列智能化决策结果。