基于特征的快速编程技术在飞机蒙皮工件中的应用

    蒙皮镜像顶撑铣削技术带来蒙皮制造技术的变革，避免了传统化铣工艺存在的环境污染、能耗较高、消耗的铝材无法回收等固有弊端。蒙皮镜像顶撑铣技术通过铣削刀具和顶撑装置的协同运动有效防止加工颤振；超声波厚度在线检测与控制系统保证蒙皮工件的加工精度；多柔性装夹系统保证其加工刚性和装夹稳定性。集厚度减薄、切边、钻孔于一体的蒙皮镜像顶撑铣削技术实现一次装夹状态下的蒙皮工件加工，是2l世纪最新制造技术。

    蒙皮镜像顶撑铣削技术实现了蒙皮工件的精确绿色制造，但对数控编程提出了很高的要求，商品化的CAM软件编程效率低，严重依赖技术人员的经验。因此本文应用快速编程技术，融人企业已有的镜像顶撑铣削工艺知识，实现基于蒙皮特征的刀具轨迹快速生成，达到高效和高质量的要求。

    蒙皮工件曲面特征在设计过程中由于曲率变化造成了许多碎面，且包含大量相交特征，为特征识别增加了难度，如图1所示。部分学者对相交特征的识别开展了深入研究，如基于体分解的相交特征识别方法、基于Step-NC的相交特征识别方法、混合式相交特征识别方法。受蒙皮曲面特性的相交特征影响及工艺限制，上述特征识别方法不能用于蒙皮的数控编程，因此需要一种几何与工艺融合，并且特征识别结果可以迭代的特征识别方法。

    图1 蒙皮工件复杂结构特征示意图

    数控加工刀具轨迹算法种类较多，但主要以最大切宽、最小跳刀次数或最短路径为优化目标进行刀位轨迹计算，刀轨生成算法依赖特征的几何拓扑信息。在蒙皮镜像顶撑铣削过程中，要求刀具轨迹满足等步距、无交叉、无重叠、无残留等特殊要求，目前已有的算法只能满足无残留、等步距的要求，因此需要在考虑加工特征的拓扑信息的基础上生成满足要求的刀具轨迹。

    1 蒙皮镜像顶撑铣数控编程技术

    1．1 镜像顶撑铣削加工技术原理

    蒙皮镜像顶撑铣主要由8自由度的卧式数控机床、5自由度的背部顶撑装置和高柔性化的立式夹具系统组成，三者集成后协同完成飞机蒙皮的精确切边、精确开窗口、精确制孑L和蒙皮厚度的精确加工。镜像顶撑铣削卧式机床本体切削刀具与背部顶撑装置末端执行器的位置和姿态时刻成镜像关系，其加工原理如图2所示。

    图2 累皮镜像顶撑铣削加工技术原理

    蒙皮切边和切通窗加工过程中，在机床铣头端部集成了防震颤装置，目的是避免在蒙皮切边工艺过程中的震颤。在蒙皮厚度减薄铣削加工过程中，背部顶撑装置受柔性排架的限制，无法一次完成蒙皮的精确加工。通过设计柔性夹具多次运动方案，进行数次组合，得到能为顶撑装置提供一个开放、可接近且无支撑杆的加工窗口的组合方案，并设计位置全回退功能，确保其能安全横穿柔性排架。置于顶撑装置内部的超声波厚度在线控制系统实时检测加工厚度并进行厚度补偿，闭环控制铣削厚度，实现蒙皮厚度减薄精确加工。