[发明专利]面向工艺重用的复杂零件数控工艺优化调整方法

摘要

本发明公开了一种面向工艺重用的复杂零件数控工艺优化调整方法，用于解决现有数控工艺优化调整方法效率低的技术问题。技术方案是从加工刀具与切削深度两个方面进行优化调整。在加工刀具方面，对复杂特征的加工刀具组合方案进行优选，并对局部结构加工的刀具进行合并调整，从而减少换刀次数以及缩短走空刀长度。在切削深度参数方面，通过决策合理的切削模式来实现切削深度的优化，获得优化的加工区域，从而能够充分利用刀具加工能力，最终获得高效的数控工艺方案，提升复杂零件的加工效率。

主权项

1.一种面向工艺重用的复杂零件数控工艺优化调整方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、根据特征可重用工艺的加工时间计算结果，以及制造特征间的几何拓扑关系，采用制造特征加工和局部结构加工的刀具优化调整策略，分别对复杂特征与局部结构中加工区域的刀具进行优化调整；所述制造特征加工的刀具优化调整，其步骤如下：步骤1)依据刀具加工能力和制造特征的几何特性，将整个制造特征划分为多个加工区域；对于复杂特征划分后的每个加工区域，其包含多个子加工区域，并且对应着一定的几何特性和加工策略，同时在CAM系统中对应生成一个加工操作，因此复杂特征F表示为MR＝T∪M_S∪D_G其中，O为所划分的加工区域的个数，MR_s为第s加工区域；MR为加工区域，T为加工刀具，M_S为加工策略，包含加工参数和走刀方式，D_G是驱动几何；步骤2)根据检索获得的相似实例集，对于每个复杂特征，其对应到多个不同的刀具组合以及不同的区域划分，采用加工时间对特征的刀具组合方案进行优选；切削过程中的总加工时间T_t是由实际加工时间T_m，空走刀时间T_a和换刀时间T_c构成的，具体计算如下：T_t＝T_m+T_a+T_c其中，实际加工时间和抬刀时间与所划分的加工区域个数有关，换刀时间与所使用刀具的数量有关；这样，总加工时间具体计算为：这里，t_ms是第s个加工区域所消耗的加工时间，t_a表示加工过程中单次抬刀时间，n_c为换刀次数，t_c为单次换刀时间；A_k为第k个加工区域的面积，h为加工深度，α为参与切削部分所占刀具直径的比例系数，a_p为切削深度，v_k和f_kz分别为第k个加工区域上的切削速度和每齿进给量，z为刀具齿数；l为抬刀高度，v_a为快速下刀的速度，v_r为快速抬刀的速度；所述局部结构加工的刀具优化调整，其步骤为：步骤1)采用加工时间度量一个局部结构中的制造特征是否采用相同刀具进行加工，加工时间计算采用制造特征加工的刀具优化调整中公式；步骤2)在对大刀具加工效率影响程度不大的情况下，对局部结构加工所使用的刀具进行合并；具体形式化表示如下：其中，R₁和R₂分别为上层和下层加工区域的刀具半径，R为其中较小值；T_t1和T_t2分别为上层和下层加工区域总的加工时间，δ为给定阈值，避免由于刀具调整使上层区域的加工效率过度下降，影响整体加工效率；步骤3)当在加工过程中上层仍存在残留加工区域，并影响到下层区域的加工时，下层加工区域加工所用刀具不能与上层加工区域所用刀具进行合并，此时对上层加工区域进行清角后再加工下层加工区域；其表示如下：其中，UR_u为上层区域第一次加工后由于欠切形成的残留区域，MR_d为下层加工区域，T(MR_u)和T(MR_d)分别为上层加工区域MR_u和下层加工区域MR_d所使用的刀具，TS为该局部结构所使用的刀具集合，T(UR_u)为去除上层残留区域所采用的刀具；步骤二、在获取优化的加工刀具组合后，采用切削深度优化调整策略对切削深度参数进行优化，进一步通过加工刀具、切削深度以及自身轮廓等参数生成优化的加工区域，从而获得优化的数控工艺方案；所述切削深度的优化调整策略包括以下步骤：步骤1)在加工刀具选择完成后，及其加工设备与材料一定的情况下，按照恒定切深进行分层加工，将切削模式分为三类：深度优先、层优先以及混合加工；步骤2)对局部结构中加工区域的面积与体积进行计算，然后引入量化指标体面比VAR来支持优化策略的自动判定与决策，表示为VAR＝(H_u/H_l)/(A_u/A_l)这里，H_u和H_l分别为局部结构中较浅与较深制造特征的加工区域的高度，而A_u和A_l分别为局部结构中较浅与较深制造特征的加工区域的面积；步骤3)基于计算的加工区域体面比，相应的决策判定规则被制定用于选择切削模式，以获得局部结构加工时优化的切削深度参数；Δ为给定的模式选择判断阈值；具体的判定规则如下：Rule 1.如果上层特征的加工面积与下层特征相比更占优，即VAR<Δ，局部结构内制造特征的切削模式采用深度优先；Rule 2.如果下层特征的加工面积与上层特征相比更占优，即VAR>＝Δ，局部结构内制造特征的切削模式采用层优先或混合加工，且刀轴方向上共平面区域合并加工；Rule 3.特殊情况下，如上层加工有残留干涉下层加工，合并后大量增加加工区域数量等，这时无论VAR的大小，局部结构内制造特征加工时都不能进行合并，即满足以下条件：这里，UR_u和UR_l分别为上层残留区域和下层待加工区域，Num(·)表示加工子区域的数量，SMR_u和SMR’_u分别是上层特征优化前后的加工子区域；这时，对于上层有残留加工区域的情况，需要增加工步，以避免下层区域加工过程中产生干涉；而对于合并后大量增加加工区域数量的情况，则保留原有的加工方案，以避免合并后加工刀轨变复杂或提到次数增多，影响加工质量与效率。