[發(fā)明專利]一種大型復雜艙體結構件數控加工走刀路徑優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011138702.8
• 申請日: 2020-10-22
• 公開（公告）號: CN112596464B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 王建華;董亞;張彩霞;劉志峰;丁國智;郭詩瑤;趙鵬睿
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學;北京星航機電裝備有限公司
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種大型復雜艙體結構件數控加工走刀路徑優(yōu)化方法，屬于數控加工領域，更具體的說是一種大型復雜艙體結構件加工走刀路徑優(yōu)化方法。采用改進蟻群算法、以數控加工刀具走刀總空行程最小為優(yōu)化目標進行加工工藝路線的優(yōu)化，結合貪心算法按照距離最近判斷選擇原則進行刀具走刀最優(yōu)路徑的建立。采用此方法可以同時解決被加工零件體積較大、擁有多輪廓混合軌跡、加工換刀次數較多且需考慮加工約束條件等眾多影響因素的大型復雜艙體結構件數控加工走刀路徑優(yōu)化問題，充分發(fā)揮出五軸數控機床的加工特性，減少刀具存在的過多的無效空行程，提高艙體結構件加工效率。

技術領域

本發(fā)明屬于數控加工領域，更具體的，涉及大型復雜艙體結構件數控加工刀具走刀路徑優(yōu)化方法。

背景技術

隨著航空航天技術的發(fā)展，大型復雜艙體結構件的高效高質加工越來越重要。數控加工過程中，刀具按照既定加工工藝路線進行走刀加工，加工工藝路線制定的質量高低決定著零件加工的效率和精度。刀具按照加工工藝路線在加工區(qū)域的移動過程中，除針對加工特征進行加工外，還需在相鄰被加工特征及往返起始換刀點時進行輔助移動，針對大型復雜艙體結構件，因其體積較大、特征較多且形式多樣，刀具輔助移動占據了大量加工時間，導致加工效率低下，因此對大型復雜艙體結構件加工走刀輔助移動路徑即其走刀空行程進行優(yōu)化十分必要。

目前已有研究中針對加工走刀空行程進行路徑優(yōu)化主要分為兩類，一是針對孔群加工走刀路徑進行優(yōu)化，二是針對DXF文件中加工圖元信息進行加工路徑優(yōu)化。對現(xiàn)有的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，針對孔群走刀路徑進行優(yōu)化，被加工特征較為簡單，在大型復雜艙體結構件中存在大量開放式及封閉式輪廓特征，采用上述方法來解決此問題具有較大的局限性。針對DXF文件中加工圖元信息進行加工路徑優(yōu)化方法中，雖解決了多類圖元混合加工問題，但因其針對二維平面特征，并且在加工過程中不存在刀具更換以及加工約束等問題，難以采用此方法針對刀具空行程對大型復雜艙體結構件進行加工走刀路徑優(yōu)化。目前針對加工工藝進行優(yōu)化的研究中亦存在以制造資源更換率最低為目標函數的加工工藝優(yōu)化方法，但隨著五軸數控機床的發(fā)展，艙體結構件各加工工藝只需采用一種數控加工中心即可完成大部分加工，減少了機床更換所消耗的大量時間，因此以制造資源更換率最小為目標的傳統(tǒng)優(yōu)化方法難以符合現(xiàn)在加工需求。

綜上所述，現(xiàn)有的針對刀具空行程進行刀具走刀路徑優(yōu)化方法，均擁有一定的局限性，難以同時解決體積較大、擁有多輪廓混合軌跡、加工換刀次數較多且需考慮加工約束條件的大型復雜艙體結構件加工走刀路徑優(yōu)化問題。

發(fā)明內容

為了解決加工大型復雜艙體結構件數控加工走刀空行程路徑優(yōu)化問題，提出一種大型復雜艙體結構件數控加工走刀路徑優(yōu)化方法，該方法能夠對艙體零件加工工藝進行優(yōu)化，對各個加工特征臨界刀觸點進行最優(yōu)化選擇，減少數控加工刀具走刀總空行程，提高大型復雜艙體結構件數控加工效率。

本發(fā)明采用的技術方案為一種大型復雜艙體結構件數控加工走刀路徑優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：對被加工零件的所有特征進行提取，針對各個加工特征對其所適用的加工方法進行表示。

步驟二：對被加工零件建立三維坐標系，進行數控加工起始換刀點、各個被加工特征臨界刀觸點及所有被加工特征的中心加工點三維坐標的提取。

步驟三：針對大型復雜艙體結構件加工走刀空行程優(yōu)化問題，進行以加工走刀總空行程最短的目標函數的建立。

步驟四：采用改進蟻群算法基于上述步驟三所建立的目標函數進行加工工藝路線的優(yōu)化。

步驟五：基于貪心算法結合加工臨界刀觸點進行加工走刀路徑的優(yōu)化，得到最優(yōu)的加工走刀路徑。

其中，在步驟一中，采用CAD軟件對三維零件進行參數識別，對其加工特征進行提取，并根據其精度及制造資源的約束進行其相應的加工方法的建立。