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CN109375583A - 针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法 - Google Patents

针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法 Download PDF

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CN109375583A
CN109375583A CN201811368485.4A CN201811368485A CN109375583A CN 109375583 A CN109375583 A CN 109375583A CN 201811368485 A CN201811368485 A CN 201811368485A CN 109375583 A CN109375583 A CN 109375583A
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韩晓光
翟婷婷
宋文
杜改梅
黄笑飞
王发光
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AECC Aero Engine Xian Power Control Technology Co Ltd
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Abstract

本发明属于机械加工领域，涉及一种针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，包括建立现场刀具基础数据库，创建制造特征库，制造特征库包括特征单元，特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识；工艺知识形成工艺知识库；将制造特征的工艺知识转换为UG可识别数据结构；根据待加工零件孔系的结构特征，在UG平台上从制造特征库中识别并调用工艺知识库中的工艺，从现场刀具基础数据库中调用刀具，形成孔系加工工艺。本发明提供了一种可大幅提升数控程序编制效率、大幅缩短数控程序调试时间、减少占机编制数控程序时间以及可明显提升设备利用率的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法。

Description

针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法
技术领域
本发明属于机械加工领域，涉及一种制造特征的数控程序编制方法，尤其涉及一种针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法。
背景技术
对于制造特征快速编制技术，已有的研究主要针对主机厂生产的大型框、梁等不规则结构零件，主要是根据客户需求进行用户化开发、定制，目前还没有针对零件孔系特征的快速编制方法可供选择应用。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可大幅提升数控程序编制效率、大幅缩短数控程序调试时间、减少占机编制数控程序时间以及可明显提升设备利用率的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法包括：
1)建立现场刀具基础数据库，所述现场刀具基础数据库包括刀具库层关系、刀具数据库、刀柄数据库以及切削参数库；
2)对零件孔系进行几何特征分析及归纳分类，采用STEP特征分类方法创建制造特征库；所述制造特征库包括基本特征、复合特征以及特征列阵；所述基本特征、复合特征以及特征列阵中均包括特征单元；所述特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识；所述工艺知识形成工艺知识库；
3)将制造特征的工艺知识转换为UG可识别数据结构；
4)根据待加工零件孔系的结构特征，在UG平台上从制造特征库中识别并调用工艺知识库中的工艺，从现场刀具基础数据库中调用刀具，形成孔系加工工艺。
上述步骤1)的具体实现方式是：
1.1)建立刀具基础数据的收集模板：通过对UG系统中刀具数据的存储形式以及刀具的几何结构参数之间的逻辑关系进行分析和研究，提出需收集的刀具参数类型，依据参数间的逻辑关系，定制刀具、刀柄基础数据的收集模板；
1.2)构建刀具库层关系：按照使用刀具的结构及形状，对刀具库的刀具类型进行重新分类；刀具框架管理结构文件定义了刀具库的类型层次结构，在dbc_tool_ascii.dat文件中对其进行重新定义；
1.3)建立刀具数据库：在完成刀具库层次关系定制后，对现场数控加工刀具数据进行收集、归类和整理，依据UG刀具数据库中刀具记录结构的命名规则，对不同类型的刀具采用标准化、规范化的定义和描述，在Tool_database.dat文件中建立层关系中子类的几何结构参数数据库；
1.4)建立刀柄数据库：完成刀具数据库的建立之后，根据现场使用的刀具与刀柄的组合情况，建立刀柄几何结构参数数据库；依据UG刀柄数据库中刀具记录结构的命名规则，在Holder_database.dat文件中形成用户自定义的刀柄库。
上述步骤1.4)之后还包括：
1.5)建立切削参数库：依据UG切削数据库中刀具记录结构的命名规则，统计现场加工过程中使用的切削数据，在Tool_machining.data文件中创建较优的切削参数库。
上述特征单元是HOLE特征、POCKET特征以及STEP N特征；
所述HOLE特征是没有底部且可从两边加工；
所述POCKET特征是有底部且只能单边加工；
所述STEP N是HOLE、POCKET特征的阶数，所述N是1、2、3、4、5或6。
上述特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识的具体实现方式是：
a)根据零件孔系的特征单元确定输入特征以及输出特征；
b)求解从输出特征到输入特征的中间工序或过程特征、相关操作及操作资源的过程；
c)将步骤b)所得到过程的逆向操作定为该特征单元相关的工艺知识。
上述工艺知识库包括制造资源知识、工艺方法知识、工艺参数知识以及工艺决策知识。
上述制造资源知识包括工艺设计过程中需要的工装方面的知识以及加工设备方面的知识；
所述工艺方法知识包括加工制造特征所采用的各种加工方法；所述加工方法主要包括车削、铣削和/或磨削；
所述工艺参数知识是制造特征加工过程中根据不同的特征信息选择的特征加工参数，包括切削深度、进给量以及切削速度；
所述工艺决策知识是由经验性规则、过程性算法以及对工艺决策过程进行控制的知识。
上述工艺设计过程中需要的工装方面的知识包括刀具知识以及夹具知识；所述加工设备方面的知识包括普通车床知识以及加工中心知识；所述经验性规则包括加工方法选择规则、机床、刀具、夹具以及量具选择规则。
本发明的优点是：
本发明提供了一种针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，该方法在数控程序编制方面，将数控设备原编制时间从平均每道工序1.5小时缩短至0.5小时左右，工艺人员提前编制数控程序并进行模拟，数控程序编制效率提升70％，编制的数控程序合格率达100％。同时，减少了占机编制时间，提高了数控程序的编制质量和效率。同时，使用自动识别编制方法编制的数控程序调试时间也大幅缩短，减少了占机编制数控程序时间，设备利用率得到明显提升。
具体实施方式
本发明提供了一种针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，该方法包括：
1)建立现场刀具基础数据库，现场刀具基础数据库包括刀具库层关系、刀具数据库、刀柄数据库以及切削参数库：其具体实现方式是：
1.1)建立刀具基础数据的收集模板：为保证编制用刀具与现场加工用刀具保持一致，建立了现场刀具基础数据库。通过对UG系统中刀具数据的存储形式以及刀具的几何结构参数之间的逻辑关系进行分析和研究，提出需收集的刀具参数类型，依据参数间的逻辑关系，定制刀具、刀柄基础数据的收集模板；
1.2)构建刀具库层关系：UG系统中系统默认刀具库的刀具类型定义与生产现场的刀具分类定义不完全相同，为了让编制人员清楚地了解知识库所定义的刀具类型及数量，从库里调用刀具时，清楚要调用的刀具究竟属于UG刀具库中刀具的类型，因此按照使用刀具的结构及形状，对刀具库的刀具类型进行重新分类；刀具框架管理结构文件定义了刀具库的类型层次结构，在dbc_tool_ascii.dat文件中对其进行重新定义；
1.3)建立刀具数据库：在完成刀具库层次关系定制后，对现场数控加工刀具数据进行收集、归类和整理，依据UG刀具数据库中刀具记录结构的命名规则，对不同类型的刀具采用标准化、规范化的定义和描述，在Tool_database.dat文件中建立层关系中子类的几何结构参数数据库；
1.4)建立刀柄数据库：完成刀具数据库的建立之后，根据现场使用的刀具与刀柄的组合情况，建立刀柄几何结构参数数据库；以便在数控编制的过程中随刀具直接调用，或者在刀具创建之后单独调用刀柄。依据UG刀柄数据库中刀具记录结构的命名规则，在Holder_database.dat文件中形成用户自定义的刀柄库。
1.5)建立切削参数库：以上所建立的刀具数据库以及刀柄数据库主要由刀具的几何结构数据组成。对于编制人员来说，创建一个操作，生成可以使用的数控程序，还需设置刀具的相关切削参数，如主轴转速、切削深度以及进给速度等。在实际的编制过程当中，往往要根据不同的刀具材料、零件材料以及切深和切宽，选择不同的刀具切削参数。创建自定义刀具切削参数库，一方面可以把较优的经验数据积累起来，供其他编制人员参考，另一方面可以有效的提高编制的效率，避免切削参数定义不完整或错误情况的发生。依据UG切削数据库中刀具记录结构的命名规则，统计现场加工过程中使用的切削数据，在Tool_machining.data文件中创建较优的切削参数库。
2)首先对企业的产品零件进行特征分析，将零件几何特征进行归纳分类，采用STEP特征分类方法创建属于公司/企业内部的几何特征库，将制造特征分为基本特征、复合特征和特征列阵三大类，每个大类又可细分为具体的特征单元。特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识；工艺知识形成工艺知识库；
特征单元是HOLE特征、POCKET特征以及STEP N特征；
HOLE特征是没有底部且可从两边加工；
POCKET特征是有底部且只能单边加工；
STEP N是HOLE、POCKET特征的阶数，N是1、2、3、4、5或6。
特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识的具体实现方式是：
a)根据零件孔系的特征单元确定输入特征以及输出特征；
b)求解从输出特征(即设计图特征)到输入特征(即毛坯)的中间工序或过程特征(即In-process Feature)、相关操作及操作资源的过程；
c)将步骤b)所得到过程的逆向操作定为该特征单元相关的工艺知识。
工艺设计过程对知识需求有一定的特殊性，表现在知识的范围较广，既包括制造资源、加工方法等显性知识，也有像工艺决策这种存在于大脑中的隐含性知识。针对工艺设计过程中对知识的特殊需求，提出了一种基于零件制造特征的工艺知识表达模型。通过将制造特征和该特征工艺相关的知识进行关联，使每一个制造特征都有与之对应的一系列工艺知识。
知识分类是直接面向工艺设计过程的，其中制造资源知识主要包括工艺设计过程中需要的工装方面的知识，如刀具、夹具等方面的知识以及加工设备方面的知识，如普通车床、加工中心等方面的知识。工艺方法知识主要包括加工制造特征所采用的各种加工方法，根据特征的几何形状、材料和要求的精度不同，采用不同的加工方法，加工方法主要包括车削、铣削、磨削等。工艺参数知识是特征加工过程中根据不同的特征信息选择的特征加工参数，包括切削深度、进给量及切削速度等。工艺决策知识由经验性规则(如加工方法选择规则，机床、刀具、夹具、量具选择规则等)、过程性算法及对工艺决策过程进行控制的知识等组成。
3)将制造特征的工艺知识转换为UG可识别数据结构；
4)根据待加工零件孔系的结构特征，在UG平台上从制造特征库中识别并调用工艺知识库中的工艺，从现场刀具基础数据库中调用刀具，形成孔系加工工艺。工艺决策的过程中需要综合考虑加工精度、设备情况、工艺情况以及成本因素等，最后得到最佳的加工路线。以通孔特征(STEP1HOLE)加工工艺生成的全过程为例。
在MKE中加载加工知识文件，打开铣削、钻削规则库，选中所有规则。已知输出特征为STEP1HOLEΦ12H7，打开输出过滤器得到候选规则列表。
列表中经过过滤的操作最后都会得到STEP1-HOLE特征，工艺规则会按照赋值由低到高排列，赋值越高说明规则成本越低、加工越方便，同时加工精度就越低。系统会依照赋值从高到低进行选择合适规则。列表中赋值最高的是规则Drill_S1H，但它首先被系统所拒绝。原因是刀具麻花钻(Twist Drill)的精度无法达到要求的H7。
赋值次高的规则是Drill_in_center_S1H，由于加工精度无法满足要求也被系统拒绝。
经过多轮的判定，由于Ream_S1H规则中的所有条件都为真，系统选择了Ream_S1H规则。所以它会被应用到STEP1HOLE(Φ12H7)的加工中作为最后一道工序，表示该规则被选定。
Ream_S1H的输入特征为STEP1HOLE，会被作为中间工序特征，即下一步的输出特征。之前相似的推理过程再次被执行：候选列表中的规则按照赋值由高到低的顺序被执行，直至有规则执行通过为止。推理需要注意的是，中间工序特征没有精度要求。规则的定义是全面性，不单单包含有加工的精度，还会有工艺的考虑、刀具的因素和输出特征的属性等等。例如，在此步推理中Drill_S1H没有被执行，因为Drill_S1H规则要求在毛坯状态下加工成形。最后此步推理中，Drill_in_center_S1H成功被选定，成为继Ream_S1H之后第二条工艺规则。
以此类推，Drill_in_center_S1H的输入特征为POCKET_ROUND_TAPERED，系统将其列为输出特征在规则列表中进行匹配，最后得到Spot_Drill规则，Spot_Drill的输入特征为Blank(即毛坯)，因此推理过程结束。通过以上推理过程，系统得到了合适的工艺链。系统会依据工艺链在NX操作导航器中依次添加操作：Spot_Drill——>Drill——>Ream。
5)工艺知识库调用
5.1)调用流程：建立工艺知识库的目的就是为了在以后的工作中直接调用，不必再进行繁琐的工作，减少工作量的同时，降低了出错的概率。
5.2)调用主要步骤：
工艺知识库调用过程主要有以下几个步骤：
a)加载零件数模，数学模型必须具有公差、粗糙度等参数信息，否则特征库无法与模型特征进行匹配，如果没有参数，定义相关参数；
b)在加工环境下，选择加工知识导航器，对零件进行特征识别，构造零件的特征模型，得到零件加工特征；
c)创建过程特征，在创建过程中，类型可以选择基于规则，也可以选择基于模板。选择基于规则时，应选择相应的知识库，选择基于模板时，应选择相应的模板类型；计算刀轨，并进行刀轨模拟，确认刀轨的正确性。
在数控程序编制方面，零件孔系制造特征自动识别快速编制方法已在XX-9、XX-10系列、XX-11等10个重点型号20余项零件80余道工序中得到了应用，将数控设备原编制时间从平均每道工序1.5小时缩短至0.5小时左右，工艺人员提前编制数控程序并进行模拟，编制的数控程序合格率达100％。同时，减少了占机编制时间，提高了数控程序的编制质量和效率。
以XX-3011-0001零件N58工序的典型特征编制为例，生产现场占机编制数控程序时间为2小时，使用本发明进行典型特征自动识别编制数控程序时间为35分钟，数控程序编制效率提升70％，同时，使用自动识别编制方法编制的数控程序调试时间也大幅缩短，减少了占机编制数控程序时间，设备利用率得到明显提升。在编制零件数控程序时，通过识别基于加工精度、设备情况、工艺情况以及成本等因素定制的工艺决策规则，自动调用关联加工刀具、切削参数、加工工步等工艺知识的制造特征库，实现数控程序的快速编制。

Claims (8)

1.一种针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法包括：
1)建立现场刀具基础数据库，所述现场刀具基础数据库包括刀具库层关系、刀具数据库、刀柄数据库以及切削参数库；
2)对零件孔系进行几何特征分析及归纳分类，采用STEP特征分类方法创建制造特征库；所述制造特征库包括基本特征、复合特征以及特征列阵；所述基本特征、复合特征以及特征列阵中均包括特征单元；所述特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识；所述工艺知识形成工艺知识库；
3)将制造特征的工艺知识转换为UG可识别数据结构；
4)根据待加工零件孔系的结构特征，在UG平台上从制造特征库中识别并调用工艺知识库中的工艺，从现场刀具基础数据库中调用刀具，形成孔系加工工艺。
2.根据权利要求1所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述步骤1)的具体实现方式是：
1.1)建立刀具基础数据的收集模板：通过对UG系统中刀具数据的存储形式以及刀具的几何结构参数之间的逻辑关系进行分析和研究，提出需收集的刀具参数类型，依据参数间的逻辑关系，定制刀具、刀柄基础数据的收集模板；
1.2)构建刀具库层关系：按照使用刀具的结构及形状，对刀具库的刀具类型进行重新分类；刀具框架管理结构文件定义了刀具库的类型层次结构，在dbc_tool_ascii.dat文件中对其进行重新定义；
1.3)建立刀具数据库：在完成刀具库层次关系定制后，对现场数控加工刀具数据进行收集、归类和整理，依据UG刀具数据库中刀具记录结构的命名规则，对不同类型的刀具采用标准化、规范化的定义和描述，在Tool_database.dat文件中建立层关系中子类的几何结构参数数据库；
1.4)建立刀柄数据库：完成刀具数据库的建立之后，根据现场使用的刀具与刀柄的组合情况，建立刀柄几何结构参数数据库；依据UG刀柄数据库中刀具记录结构的命名规则，在Holder_database.dat文件中形成用户自定义的刀柄库。
3.根据权利要求2所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述步骤1.4)之后还包括：
1.5)建立切削参数库：依据UG切削数据库中刀具记录结构的命名规则，统计现场加工过程中使用的切削数据，在Tool_machining.data文件中创建较优的切削参数库。
4.根据权利要求1或2或3所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述特征单元是HOLE特征、POCKET特征以及STEP N特征；
所述HOLE特征是没有底部且可从两边加工；
所述POCKET特征是有底部且只能单边加工；
所述STEP N是HOLE、POCKET特征的阶数，所述N是1、2、3、4、5或6。
5.根据权利要求4所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述特征单元形成与该特征单元相关的工艺知识的具体实现方式是：
a)根据零件孔系的特征单元确定输入特征以及输出特征；
b)求解从输出特征到输入特征的中间工序或过程特征、相关操作及操作资源的过程；
c)将步骤b)所得到过程的逆向操作定为该特征单元相关的工艺知识。
6.根据权利要求5所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述工艺知识库包括制造资源知识、工艺方法知识、工艺参数知识以及工艺决策知识。
7.根据权利要求6所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述制造资源知识包括工艺设计过程中需要的工装方面的知识以及加工设备方面的知识；
所述工艺方法知识包括加工制造特征所采用的各种加工方法；所述加工方法主要包括车削、铣削和/或磨削；
所述工艺参数知识是制造特征加工过程中根据不同的特征信息选择的特征加工参数，包括切削深度、进给量以及切削速度；
所述工艺决策知识是由经验性规则、过程性算法以及对工艺决策过程进行控制的知识。
8.根据权利要求7所述的针对零件孔系制造特征的数控程序编制方法，其特征在于：所述工艺设计过程中需要的工装方面的知识包括刀具知识以及夹具知识；所述加工设备方面的知识包括普通车床知识以及加工中心知识；所述经验性规则包括加工方法选择规则、机床、刀具、夹具以及量具选择规则。
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