基于MBD的飞机结构件数控加工方法

为解决飞机结构件数控加工工艺决策效率低下的问题,提出基于MBD的飞机结构件工艺设计方法。该方法采用MBD技术,在CATIA环境下对飞机结构件进行标注,通过特征识别技术提取相关加工特征的几何信息和非几何信息并进行刀轨规划,经后置处理导出NC程序并完成加工。     

基于全息属性面边图的复杂拓扑不固定特征识别

正项目负责人:李迎光(E-mail:welcome.li@nuaa.edu.cn)依托单位:南京航空航天大学项目批准号:509050871.项目简介本项目结合国家大飞机项目的重大实际需求,以飞机整体结构件为研究对象归纳分析复杂拓扑不固定特征识别的特点和难点。提出一种复杂拓扑不固定特征表示方法——全息属性面边图,该方法扩展传统面边图的属性信息,增加结点元素类型,能够表示自由曲面和边特征,能更精确和完整地表示各拓扑元素的几何信息。以全息属性面边图为零件特征表示基础,将基     

飞机结构件的数控加工技术研究

主要对飞机结构件的加工工艺和加工切削参数进行了研究。飞机结构件的结构复杂,材料加工难度很大,数控加工典型工艺的建立和加工参数的正确选择,在很大程度上可以降低成本,提高加工效率,更重要的是能够保证飞机结构件的加工品质。本文内容包括飞机结构件和材料特点的介绍、一般工艺和典型工艺的比较以及数控切削参数的研究。     

基于模型定义的飞机结构件数控编程方法

为解决飞机结构件工艺决策和数控编程效率低下及自动化程度不高的问题,提出了一种基于模型定义的数控编程方法。首先制定特征信息模板作为零件加工特征的标注依据,并通过标注检索特征;然后根据特征信息模板提取特征的几何信息和非几何信息进行工艺决策。应用该方法在CATIA V5平台上进行了系统开发,最终实现了数控程序的自动生成,并通过实验验证了其可靠性。     

基于主元的转角加工单元构造方法

为提高飞机结构件转角特征编程效率，针对飞机整体结构件转角特征多、人机交互编程时间长的问题，提出基于主元的转角特征自动识别与转角加工单元自动构造方法。首先，结合常见转角结构几何特点及转角特征的数控加工工艺，引入主元、侧R、底R、操作元、加工单元等术语定义；然后，在综合几何类型、几何属性及可加工性等特性的基础上，提出和建立主元识别方法，并给出一系列准则，建立转角特征自动识别方法；最后，提出转角加工单元自动构造算法，并给出了实例和验证结果。所提出方法已应用于多个型号飞机结构件的转角加工编程，大大减少了人机交互编程工作量，缩短编程时间90%以上，显著提高了转角特征编程效率。     

飞机结构件拓扑不固定特征的自动识别

针对飞机结构件特征拓扑不固定而无法有效建立预定义特征库的问题,提出了一种基于层的特征识别算法。算法在总结飞机结构件特征拓扑不固定特点的基础上,利用其拓扑面具有方向性和层次式分布的特点,以层作为特征识别的基础,通过层的识别和组合获得飞机结构件拓扑不固定特征。该算法以添加虚边的方式处理层的相交,以此来解决特征的相交问题,并依据特征中层的关联关系产生符合加工工艺的特征解释。基于CATIA V5开发的特征识别系统已在某大型航空企业中得到应用。     

飞机结构件数控加工典型工艺及切削参数研究

飞机结构件的结构复杂,加工难度大,数控加工典型工艺的建立和加工参数的正确选择,可以降低成本,提高加工效率,更重要的是能够保证飞机结构件的加工质量。本文内容包括飞机结构件和材料特点的介绍、数控加工典型工艺以及数控切削参数的研究。     

基于梁弯曲理论的飞机结构件腹板刚性评价模型

根据梁弯曲理论,在分析飞机结构件几何特征、工艺特性的基础上,提出了腹板刚性的量化评价方法。结合飞机结构件腹板特征在切削过程中的受力特点及简支梁和悬臂梁基本理论,推导建立了封闭型、开敞型槽腔腹板的刚性评价模型;并以矩形和圆形两种典型腹板结构为例,建立了其刚性评价的具体数学计算模型。使用ABAQUS软件仿真分析了型和封闭型矩形腹板加工变形,根据仿真结果验证了刚度计算模型的准确性。腹板刚性评价模型的建立,为飞机结构件腹板刚性判定、装夹方案及切削参数优化提供了理论参考依据。     

局部几何特征急变类零件分区变参工艺制定方法

高端装备中许多关键零件存在局部几何急变特征,由于多采用难加工材料、特殊结构,加工难度大,或者虽能加工但效率极低,无法满足高端装备快速发展的需求。随着数控加工技术的发展,局部几何特征急变类零件的高效数控加工技术成为目前工业生产领域研究的热点与难点。鉴于局部几何急变特征的存在,局部几何特征急变类零件采用统一工艺参数进行整体加工的加工工艺对该类零件适用度降低,制约了此类零件加工效率的提升。针对局部几何特征急变类零件,研究复杂曲面CAD模型基于局部几何急变特征的快速分割方法及功能结构件基于机床动态特性的加工误差模型,由此提出了局部几何特征急变类零件分区变参工艺制定方法,最终根据加工区连续特征生成序列化加工程序,可在数控加工设备上实现局部几何特征急变类零件高质高效加工。研究成果为局部几何特征急变类零件加工工艺制定提供了一种新方法。     

基于再扩展属性面边图的复杂结构件特征识别技术

针对飞机结构件的特点,提出了基于再扩展属性面边图的特征识别算法,该算法以再扩展属性面边图为基础,用种子面表示特征痕迹,基于种子面进行痕迹的检索和扩展,能够有效处理飞机结构件中的曲面特征和相交特征.基于以上研究开发的原型系统已在某大型航空制造企业框类零件数控加工中应用验证,提高了飞机结构件数控编程的效率和质量.     

基于特征的快速编程技术在飞机整体肋类零件中的应用

针对飞机整体肋类零件数控加工编程中存在的重复工作量大、质量不稳定、经验依赖性强等问题,面向主机厂推广基于特征的快速编程技术。介绍了基于特征的快速编程系统及其关键技术,以飞机整体肋类零件特征定义为基础,通过特征识别技术获取加工特征,结合现有典型工艺知识,实现自动工艺决策和数控加工刀轨的自动生成。以具有典型特征的飞机整体肋类零件对基于特征的快速编程系统进行验证。结果表明,该技术切实提高了飞机整体肋类零件数控编程的效率和质量,并已在航空制造企业得到成功应用。     

A flexible process information reuse method for similar machining feature

Dynamically changing machining conditions and uncertain manufacturing resource availability are forcing manufacturing enterprises to search advanced process planning in order to increase productivity and ensure product quality. As growing quantities of the three-dimensional process models are gradually applied, reusing the embedded manufacturing information in process models with less time and lower cost attracts a lot of attention. In this paper, a new flexible method is presented to reuse the existing process information based on retrieval of the similar machining feature. First, the three-level organization model is introduced to represent the process information; the machining feature which is seen as the parent layer carries the corresponding manufacturing information. To ensure accurately that the process information are obtained, the associated mechanism between the machining feature and process information is created. Second, an eight-node representation scheme is designed to represent the similar machining feature having same variations in topology and geometry. For accelerating similar feature retrieval, the extension-attributed adjacency graph and the topological relationship of the machining feature faces are built. Finally, some aircraft structural parts are utilized in the developed prototype module to verify the effectiveness of the proposed method. This method can be used as the basis for accumulation of the process information; it can promote the development and application of the intelligent process planning.     

MasterCAM软件在航空发动机零部件数控加工编程中的应用

航空发动机作为飞机的心脏,与飞机的其他结构部件有着完全不同的结构特征,航空发动机零部件的数控加工同样具有它自身的特色,它的大部分零部件的数控编程用简单的二维cAD／cAM软件即可完成,以MasterCAM软件为代表的二维编程软件,在航空发动机零部件数控加工编程中,具有简单实用的特点。     

Tool deflection error compensation in five-axis ball-end milling of sculptured surface

Manufacturing of aircraft structural parts have the characteristics of complex process, large variety, small batch, and frequent change of production status. In order to shorten lead time and reduce cost, high-efficiency communication and collaboration among manufacturing departments are required. However, in the existing research literature, tool/fixture design, manufacturing simulation, and online machining process monitoring are not fully taken into account for collaboration. In order to address these challenging issues, this paper proposes a collaborative manufacturing framework based on machining features and intelligent software agents. The components of the proposed framework include a machining process planning agent, a numerical control (NC) programming agent, a simulation and verification agent, a tool/fixture design agent, a cost estimation agent, a production management agent, and an online machining process monitoring agent. Machining features are used as information carrier for communication and collaboration among these agents. This paper particularly focuses on the collaboration between tool/fixture design and NC programming, as well as the collaboration between online machining processes and related departments. The proposed approach has been implemented through a prototype system and tested in a large aircraft manufacturing enterprise with some very promising results.     

基于Pro/E环境的加工特征信息获取研究

简要介绍了Pro/Enginger软件规范化建模的思想;依据特征提取对象的几何层次等级和对模型数据结构树的访问深度,深入研究了Pro/E环境下几何特征信息提取及识别的方法;对模具零件的加工特征进行了系统分类,得到模具零件加工特征的预定义特征库;提出了采用特征映射和人机交互定义实现模具零件由设计特征到加工特征的转换方法,并通过使用Pro/Toolkit在Pro/E模具设计环境下实现了零件加工特征信息提取。     

基于环分析的飞机结构件槽特征腹板精加工区域自动创建方法

针对飞机结构件腹板精加工区域创建中曲线裁剪的分类情况多、裁剪后线段取舍判断复杂且易出错的问题,提出了基于环分析的腹板精加工区域自动创建方法。将各种飞机结构件槽特征的广义侧面与广义底面外环边界投影至腹板面,将投影曲线段离散成一系列直线段并对其求交分割,采用直线段旋转法进行环分析,进而创建最优化的腹板精加工区域。对闭角、开闭角并存及共侧面等类型的槽特征腹板加工区域创建进行统一计算,算法通用性好,有效地提高了腹板精加工编程的效率。基于以上研究开发的基于特征的腹板精加工数控编程系统已在某大型航空制造企业中得到良好的应用。     

变型零件数控程序克隆和变异方法研究

为了提高变型零件的数控编程效率和品质,提出了对零件族数控程序母模板进行克隆和变异,使其快速派生出变型零件数控程序的编程方法。首先分析了数控程序母模板能被克隆和变异的必需条件,然后以母模型零件加工特征为数控加工单元进行几何数据的提取和加工参数的设置,构建了零件族数控程序母模板,并给出了由数控程序母模板克隆和变异出变型零件数控程序的方法和流程。最后以实例验证了该方法的可行性。     

基于复合加工特征的航空结构件频响快速预测

航空结构件作为飞机中占比最大的零件，具有大尺寸、多槽腔、弱刚性和高材料去除率等特点，如何在保证加工过程稳定的前提下高效去除结构件材料是航空结构件加工的一大瓶颈问题，零件频响的快速预测是选择高效切削参数的前提。通过对典型航空结构件加工特征的分类和提取，构建了“槽腔-筋”复合加工特征，建立了其参数化的频响特性分析模型，并计算了复合加工特征若干刚度薄弱点的频响特性。将其与复合加工特征零件、整体零件相应位置的频响函数进行对比，结果表明模型预测精度满足要求，验证了使用复合加工特征模型频响特性代替整体零件模型频响特性的可行性。同时，复合加工特征有限元模型的自由度数量远小于整体零件有限元模型自由度数量，充分体现了所提出的方法预测结构件频响的快速性。     

Cimatron E环境下编程模板的应用

Cimatron E具有编程模板功能,该模板包含了加工的几何对象、加工策略和加工参数。针对特征相似的零件,本文提出了Cimatron E环境下基于编程模板的数控编程,以提高编程效率。最后以一个实例介绍了编程模板的创建与应用。