[发明专利]飞机结构件智能数控加工编程系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机结构件智能数控加工编程系统及方法，应用于飞机大型整体结构件的数控加工程序编制，提高数控程序编制的自动化和智能化水平，以缩短飞机结构件数控编程周期并提高结构件的加工效率。该技术发明属于飞机数字化制造技术领域。

背景技术

数控编程技术的发展已有五十多年的历史，它是随世界第一台三坐标数控铣床问世而诞生并迅速发展起来，经历了由手工编程发展至数控语言自动编程再上升为基于三维几何模型的数控自动编程的过程。纵观其发展，推动这一变迁的是生动的生产实践对数控加工编程技术的要求。目前，经过国内外专家学者广泛和深入研究，数控加工编程技术已得到了显著的发展，取得了丰硕成果，为进一步提高编程的自动化水平，目前，数控编程技术已经逐步进入智能数控编程的发展阶段，将形成智能数控编程。

计算机、编程以及高速切削加工等相关技术的快速发展和广泛应用推动了飞机结构件制造技术的发展，在现代飞机结构中越来越多地采用经由数控加工而成的整体零件来代替装配式组合件，减轻了飞机自重，缩短了飞机结构件的加工和装配时间，并且有效提高了飞机结构的整体性能。但是，整体结构件具有结构复杂、制造精度要求高且加工难度大等特点，当前在通用CAM平台中基于三维几何模型的工艺准备及交互数控编程方式已成为影响飞机结构件制造周期及质量的瓶颈因素之一。究其根源，主要有以下两个方面：一是工艺准备及编程技术智能化程度低，过分依赖于程编人员在特定生产环境下长期积累的经验知识，编程不规范并且程序质量不稳定；二是编程过程自动化程度低，需要通过人机交互方式设置大量的加工操作参数，重复工作量大，编程周期长。

这种单纯依靠程编人员的经验采用交互方式指定加工区域和设置加工参数已远远满足不了生产实践对数控加工程序编制快速、便捷的需求。因此旨在提高自动化和智能化程度的智能数控编程技术引起学术界和工业界的广泛关注和高度重视。方法是将人工智能、神经网络和专家系统等智能技术引入到现有的基于三维几何模型的数控加工自动编程系统中，使其具有一定的识别、分析、判断和决策能力，能够根据零件和毛坯的几何模型自动识别加工特征模型，并据此制定合理的加工工艺流程，确定和设置工作选项，最大程度简化操作过程。目标是使人从繁重的重复性工作中解放出来，由系统综合考虑毛坯、零件、刀具和机床等各种因素，自动完成从毛坯到产品整个加工过程的数控加工程序编制，从而极大地提高程序编制的效率和质量。

然而，自动化与智能化数控加工编程尚处于研究和探索阶段，需要解决的问题还很多，有待于进一步的深入研究。学术界研究热点主要包括加工特征识别、特征优化排序、刀具选取、加工参数优化选取、刀具运动轨迹计算、5轴加工刀轴方向控制以及仿真验证等方面。众多研究人员已经取得了一定的成果，R.B.Karadkar等在1996年研究并开发了包含基于特征的2.5轴零件工艺规划设计系统，实现2.5轴零件工艺的自动规划，为后续的CAM自动化编程提供基础。Huikang K.Miao等在IDEAS平台进行二次开发实现了基于加工特征的工艺规划，有效地实现了CAD/CAPP/CAM的集成，但是该系统也只适用于2.5轴零件。为提高编程系统的自动化程度，Millan k.Yeung将人工智能引入到编程系统中，通过加工特征的自动识别及刀具的优化选取，开发了智能工艺规划系统，并且系统的柔性化、简单化便于新知识、新工艺的扩展。另外，为解决由于现代机械产品复杂程度的逐步增加而导致工艺编程过程繁琐、复杂等问题，UlrichBerger等将基于知识的加工特征作为工艺过程的基本元素，以减少工艺时间为目标，采用图的方式描述及优化工艺过程，并在CATIA上进行实现。各CAM公司也紧随其后陆续在各自的数控编程系统中引入智能技术，推出具有部分智能的CAM系统，如FeatureCAM系统和ESPRIT系统，这两个系统均基于特征及知识、使用自动特征识别技术的全功能软件，特征和知识库技术的使用，使得零件加工编程更方便、更简单，极大地缩短了加工编程时间。但目前该类系统还需要较多的人工交互操作，并且不适用复杂零件，离实际应用尚有一段距离。

发明内容

为了解决上述存在的技术问题，本发明提供一种飞机结构件智能数控加工编程系统（简称INCPro），根据工艺方案驱动飞机结构件的智能编程，实现了编程的智能化、规范化和自优化，编制的程序高度符合工艺要求，并能体现编程员的思想。