基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstrOnauticaSinicaJul．252016VOI．37No．72295．2302ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：∥hkxb．buaaedu．cnhkxb@buaa．edu．cnDOI：10．7527／S1000一6893．2015．0240基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法刘少伟，李迎光*，郝小忠，刘长青，向兵飞南京航空航天大学机电学院，南京210016摘要：镜像铣加工装备及其加工工艺是蒙皮零件加工的有效手段，其特殊工艺对加工

2、刀轨提出了等步距、无交叉、无抬刀且无残留等特殊要求。针对蒙皮零件加工特征的复杂形状，在满足等步距、无抬刀、无交叉的条件下对加工残留区域进行刀轨优化是一个难题。为解决以上难题，本文提出了一种基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法。该方法基于特征将蒙皮零件的工艺信息与几何信息相关联，自动提取加工特征的加工面及其对应的刀轨，将刀轨分割成若干段子刀轨，并构建子加工区域，再利用布尔并运算得到最终可加工区域。然后对加工面区域与最终可加工区域求布尔差识别出加工残留区域，并根据加工残区位置自适应生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的优化

3、刀轨。以典型复杂蒙皮零件验证本文提出的方法，结果表明，基于特征的蒙皮镜像铣加工残区刀轨优化方法可自动识别加工残区，并生成满足蒙皮镜像铣特殊要求的加工残区优化刀轨，为提高蒙皮零件数控编程效率提供技术支撑。关键词：蒙皮；镜像铣；加工残区；识别；刀轨优化中图分类号：V262．3+3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)07—2295一08飞机蒙皮零件尺寸大、形状复杂、富含薄壁结构，加工精度要求高，蒙皮零件加工一直是航空制造业的一个难题。典型蒙皮零件及其特征如图1所示。传统的加工方法主要包括化学铣和传统数

4、控铣，然而都存在很多难以克服的问题，如化学铣的污染、传统数控铣的颤振和变形等问题。针对以上问题，国内外机床与装夹研究机构和制造厂商提出了一种新的蒙皮数控铣削加工技术，即镜像铣技术(MirrorMillingSystem，MMs)[1{]。如图2所示，蒙皮镜像铣技术通过保持顶撑装置与加工主轴同步运动，保证对加工部位的刚性支撑，有效防止颤振；实时厚度监测及误差补偿保证蒙皮零件加工精度；柔性夹持装置保证其加工方式可以适应不同曲率的蒙皮零件；集铣下陷、切边、钻孔于一体，可有效提高加工效率。In晦rS拿ctingIeatU

5、re收稿日期：2015-07—28；退修日期：2015—08．14；录用日期：2015—08．28；网络出版时间：2015．09．0610：16网络出版地址：www．cn¨net／kcms／detail／11．1929．V．20150906．1016008．htmI基金项目：国家科技重大专项(2013zx04001—021)*通讯作者．Tel．：025—84895835E·mail：Iiyingguang@nuaa．edu．cn鳓用格或：劫少伟．李迎光．都小忠．等i基于特征的蒙皮镜像铣加I残区刀轨优化方法!J-．

6、航空学报．2016．37(7)：2295．2302．LlusW，L

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9、Datho讲tmizationmethod妇sk．nparlsmachineabymirrorm{IlIngsySlem￡西AefaAeronau籼caetAstronautica．2e16．37(7)：2295-2302．鑫一一nVC瓦渊筵～航空学报图2飞机蒙皮镜像铣削装置Fig．2Aircraftskinmirrormillillgequif)ment无论从加工质量方面还

10、是生产效率方面，蒙皮镜像铣同化学铣和传统数控铣相比都有明显的优势，是未来蒙皮零件加工的发展趋势。蒙皮镜像铣技术在解决传统蒙皮零件加工方式弊端的同时，对加工刀轨提出了特殊的要求。蒙皮镜像铣在加工过程中，顶撑装置与刀具呈镜像随动状态，每次进刀都需要一段刀轨进行镜像校准，故需严格控制抬刀；由于蒙皮零件在加工过程中会出现阶刀差，当其厚度监测装置监测带有阶刀差位置时，会出现多个厚度值而导致厚度监测信号紊乱。为了避免上述情况的发生，保证实时测厚的准确性，要求刀轨无交叉且无残留，如图3(a)所示，P为超声波测厚装置预留的安全使

11、用距离，R。为刀具有效切削半径，刀轨最小步距d。．。=R。+e；如图3(b)所示，为了保证无残留，刀轨最大步距d。。。一2R。，故在刀轨可调整的范围内，提出了等步距的要求，刀轨步距矗的调整范围为RE+g≤d≤2RE经与国内某大型航空制造企业共同调研发现，已有的商业CAM(ComputerAidedDesign)软件无法直接生成同时满足以上等步距、无交叉、无抬刀、无残留要求