[發明專利]基于動態特征模型的CAD/CAM/CNC閉環控制方法

有效

• 申請號: 201310393475.7
• 申請日: 2013-09-02
• 公開（公告）號: CN103439919A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 劉長青;李迎光
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/4099
• 分類號: G05B19/4099
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 瞿網蘭

技術領域

本發明涉及一種數控加工技術，尤其是一種數控加工過程中CAD（Computer?Aided?Design）/CAM（Computer?Aided?Manufacturing）/CNC（Computerized?Numerical?Control）閉環控制方法，具體地說是一種基于動態特征模型的CAD/CAM/CNC數控加工閉環控制方法。

背景技術

數控加工由于其自動化與高效率越來越廣泛的被應用在制造業。隨著復雜加工工件尤其是飛機機構件、葉盤、葉片等具有高精度要求并且容易變形的出現，數控加工過程的控制變得更加困難。在數控加工過程中，制造資源在持續地發生變化，比如機床和刀具的性能，切削參數和工件的幾何與屬性在切削過程中都在動態的變化，這些變化給精確的及時的質量控制帶來了很大的挑戰。另外，加工過程中的動態工況如工件變形、刀具失效、主軸熱變形、顫振等問題也增加了加工過程的控制難度。因此，需要新的技術來解決以上問題。

基于特征實現從CAD到CNC的閉環控制可以有效解決以上問題。以特征為載體可以有效地集成工藝知識和經驗，提高工藝決策的自動化水平。傳統靜態特征多是基于零件的最終加工狀態定義的，只適用于簡單零件。在目前的數控加工信息模型中，STEP-NC是最近十多年提出并且被廣泛研究的一個國際標準，為幾何信息與工藝信息的集成以及信息的雙向流動提供了很好的載體，但是STEP-NC在表達加工過程動態信息以及加工過程中的實時信息反饋方面還不盡如意人。對于形狀、工藝、工況復雜的零件，不僅要考慮特征幾何的中間狀態，還要綜合考慮加工過程中的工藝、工況參數，參數的動態安全域值以及超出域值的調整策略，稱為動態特征。本發明以高價值、高精度復雜結構件的CAD/CAM/CNC閉環控制為目標，基于動態特征模型，解決數控加工過程閉環控制過程中的關鍵技術問題，進而有效提高數控加工質量與效率。

發明內容

本發明的目的是針對現有的數控加工閉環控制過程方法中不能使CAD/CAM/CNC有效集成而影響加工質量和效率的問題，發明一種基于動態特征模型的CAD/CAM/CNC閉環控制方法。

本發明的技術方案是：

一種基于動態特征模型的CAD/CAM/CNC閉環控制方法，包括以下步驟：

首先，定義幾何信息、工藝信息XML（eXtensive?Makeup?Language）文件格式，定義NC（Numerical?Control）程序格式；

其次，在CAD/CAM軟件環境下進行特征識別，提取加工特征的幾何及其屬性信息，進而進行工藝決策，然后基于特征識別結果與工藝決策結果進行基于特征的數控編程，將加工特征的加工操作的驅動幾何及屬性信息、工藝信息分別輸出到相應的XML文件，將刀軌信息以特征組織的ISO6983的格式輸出到傳統NC程序中；

第三，定義在線服務軟件單元和特征軟件單元，其中服務軟件單元接收來自外部傳感器的監測信號與檢測數據，并進行分析，特征軟件單元進行動態特征數據的存儲、動態檢測工藝規劃以及數據記錄，定義各軟件單元的內部算法與變量，制定在線服務軟件單元與特征軟件單元之間的協作機制以及各軟件單元內部多算法之間的協作以及觸發機制；

第四，將XML中的信息映射到特征軟件單元的內部變量中；

第五，基于動態特征建立加工特征中間狀態與檢測、監測信息映射關系，以此映射關系作為實時信號分析、在線檢測結果分析的依據；

第六，進行加工過程信號的采集與數據分析，基于動態特征模型進行加工-檢測-監測一體化的數控加工過程控制，基于信號分析結果實現加工過程監測對檢測的觸發、監測對加工參數調整的觸發，以共享內存的實現特征軟件單元對數控系統的實時控制；

第七，將加工過程中監測的信號進行處理，將信號的關鍵參數以及實際切削參數以基于特征的形式反饋至工藝部門，進而作為追溯數控加工過程以及提高后續工件加工質量與效率的依據。

所述的幾何信息XML文件格式為：幾何信息以加工操作的驅動幾何方式存在，每個幾何元素都屬于加工操作的一個驅動幾何元素，即用來生成刀軌的幾何，包括點、線和面；每個加工操作都用特征的唯一標識號標記，同時，每個加工操作所隸屬的工步以及工序也被標記，幾何信息的總體組織是分級結形式。

所述的將XML中的信息映射到特征軟件單元的內部變量中的方法是：以面向對象的編程方式，在特征軟件單元中為每一個特征生成一個實例，將各XML中的幾何信息與工藝分別映射至相應的變量。