一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法与流程

本发明属于航空制造领域，涉及一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，用于提高飞机零件的加工效率和精度，降低刀具成本。

背景技术：

1、飞机的快速研制是未来发展趋势。增材制造技术作为一种颠覆性技术，具有支撑复杂结构设计、无模试制、快速响应、节省原材料等优点，逐渐应用于飞机金属结构零件。但是，由于金属粉末球化效应使得飞机增材零件不能满足尺寸精度要求，通常需要人工去支撑、挫修、机械加工、打磨等后处理工艺，造成工人劳动强度大、手工打磨精度一致性差等突出问题；另外，由于增材件的尺寸余量不均，造成切削过程切削力变化较大，刀具易出现崩刃、磨损严重等问题，使得加工刀具成本居高不下；磨损刀具处于非受控状态，加大了刀具断裂风险，严重时会损伤零件，造成重大的经济损失，影响飞机产品交付进度。因此，亟需一种新的技术方法，解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，不仅降低了劳动强度，而且解决了手工抛光精度一致性差、刀具切入易破损以及加工效率低等问题，降低了刀具成本，提高了增材零件的加工效率和精度。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

3、一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，所述的数控加工方法包括：首先，通过增材制造方法得到增材件；其次，对增材件进行扫描得到增材件轮廓模型；再次，解算得到不同特征位置的切削余量；第四，确定安全域边界；第五，对加工路径的各切削段进行分段划分；第六，调整安全域边界平面；第七，确定各分段切削力fc；第八，确定刀具进给速度f；第九，基于实际零件的尺寸，结合各段切削力及进给速度编制数控加工程序；第十，进行切削仿真模拟，验证数控加工程序的正确性；最后，按照生成的数控加工程序加工增材件。所述的数控加工方法具体包括以下步骤：

4、步骤1，使用增材制造方法，结合零件三维数模，进行零件打印，得到增材件。

5、步骤2，对增材件进行轮廓扫描，得到增材件轮廓模型。

6、步骤3，将增材件轮廓模型与零件三维数模进行比对，解算得到不同特征位置的切削余量。

7、步骤4，确定安全域边界。在加工路径上各切削段的刀具切入工件点s远离待切削位置一侧，取平行于刀轴的平面定义为各切削段的安全域边界平面pc，则刀具切入工件点s与对应安全域边界平面pc之间的区域即为该切削段的安全域，二者之间的垂直距离为安全域距离l0，则有l0=零件制造偏差+（2mm~5mm）。

8、步骤5，对加工路径的各切削段进行分段划分。定义各切削段的刀具起始点为o，切削结束点为e，刀具起始点o至安全域边界平面pc之间的区域为空切区域，安全域边界平面pc至切削结束点e之间的区域为切削区域；设定划分距离为lslit，从各切削段的切削结束点e开始以lslit为长度，对对应切削段进行分段划分，划分后每段的边界点依次为m0，m1，m2……，mi，其中，2mm≤lslit≤5mm。

9、步骤6，调整安全域边界平面。当经步骤5划分后的最后一个切削段的边界点mi位于安全域内时，安全域边界平面pc及安全域距离l0保持不变；当边界点mi位于空切区域时，调整安全域边界平面pc为pc'，pc'平行于pc，且边界点mi在平面pc'上，则安全域距离相应调整，即为刀具切入工件点s与平面pc'的垂直距离，其中按公式（1）计算：

10、    （1）

11、式中，mipc代表边界点与平面pc之间的垂直距离。

12、步骤7，确定各分段切削力fc。采用有限元分析法或经验公式法，拟合得到各切削段中每个分段的切削力fc，且每个分段内采用恒定的切削力，其中，安全域内的切削力fc采用对应切削段刀具切入工件点s所在分段的切削力。

13、步骤8，确定刀具进给速度f。为表征刀具所在位置，定义刀位点为tpo，为提高加工效率，刀具采用动态进给速度，即各分段采用不同进给速度但每个分段内进给速度不变；具体的：当刀位点tpo在空切区域内时，进给速度f采用设定的快进速度fmax；当刀位点tpo在切削区域内时，进给速度f采用切削进给速度fin，各分段的切削进给速度fin根据式（3）计算得到；当刀位点tpo在安全域内时，进给速度f亦采用切削进给速度fin，具体采用对应切削段刀具切入工件点s所在分段的切削进给速度，具体如式（2）和式（3）：

14、    （2）

15、    （3）

16、式中，es代表刀具切入工件点s至切削结束点e的切削区域；smi代表安全域；omi代表空切区域；kc是切削力修正系数；ap是切削深度；ae是切削宽度；m是进给速度系数；n是切削深度系数；k是切削宽度系数。

17、步骤9，基于实际零件的尺寸，结合步骤7和步骤8中确定的各段切削力及进给速度f，应用cam软件进行数控加工编程。

18、步骤10，针对编制的数控加工程序，进行切削仿真模拟，以验证数控加工程序的正确性。

19、步骤11，按照生成的数控加工程序加工增材件。

20、本发明的有益效果在于：

21、本发明所提供的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，可以精准量化安全域距离，不仅能降低刀具在切入增材件时的破损风险，而且可以提高空切效率；基于力控方法，可以实现增材件在不同切削余量情况下的刀具稳定切削，从而提高刀具寿命和工件表面质量。

技术特征：

1.一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的数控加工方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的数控加工方法中步骤4至步骤8具体如下：

3.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤4中，安全域距离l0=零件制造偏差+（2mm~5mm）。

4.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤5中，划分距离lslit范围为：2mm≤lslit≤5mm。

5.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤6中，按公式（1）计算：

6.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤7中，各切削段中每个分段的切削力fc通过有限元分析法或经验公式法解算。

7.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤8中，刀位点tpo位于不同区域的进给速度f的数学表达式为：

8.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤8中，切削区域内各分段的切削进给速度fin根据式（3）计算得到：

9.根据权利要求2或8所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，刀位点tpo在安全域内时的切削进给速度fin采用对应切削段刀具切入工件点s所在分段的切削进给速度。

10.根据权利要求2所述的一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，其特征在于，所述的步骤10中，通过切削仿真模拟验证数控加工程序的正确性。

技术总结本发明提供了一种基于安全域的飞机金属增材件力控高效数控加工方法，属于航空制造领域，步骤包括：扫描得到所制造增材件的轮廓模型与零件三维数模比对得到不同特征位置的切削余量；确定各切削段的安全域边界；对加工路径的各切削段进行分段划分；调整安全域边界平面；解算确定各分段切削力；解算确定刀具进给速度；编制数控加工程序并进行仿真模拟验证正确性；按照生成的数控程序加工增材件。本发明可以精准量化安全域距离，不仅能降低刀具在切入增材件时的破损风险，而且可以提高空切效率；基于本方法，可以实现增材件在不同切削余量情况下的刀具稳定切削，从而提高刀具寿命和工件表面质量。技术研发人员：李克明,李亮亮,潘新,刘艳梅,徐继文,张占昌,李金龙受保护的技术使用者：沈阳飞机工业（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2