飛機結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工工序計算技術(shù)*

鄭國磊，鄭祖杰，周 敏，陳樹林，王 勃，杜寶瑞

（1.北京航空航天大學(xué)，北京 100191；2.中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，沈陽 110034）

作為飛機結(jié)構(gòu)中的主要承力和保形構(gòu)件，飛機結(jié)構(gòu)件多為難加工材料，且具有外形尺寸大、型面復(fù)雜、加工特征種類和數(shù)量多、材料去除量大、加工易變形和難控制等特點，普遍采用數(shù)控銑削等先進加工方式加工。因此，數(shù)控加工編程是從三維零件模型到數(shù)控加工程序的全過程，是現(xiàn)代飛機結(jié)構(gòu)件加工準(zhǔn)備階段中的主要任務(wù)，數(shù)控程序質(zhì)量成為決定結(jié)構(gòu)件制造質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素。

在我國航空制造業(yè)內(nèi)，目前數(shù)控加工編程的主流方式是采用通用CAD/CAM系統(tǒng)軟件（如CATIA、UG與ProE等）中的基礎(chǔ)交互功能，依次指定加工特征、選取刀具和加工參數(shù)，并定義和生成相應(yīng)的“加工操作”，如此往復(fù)，直至完成結(jié)構(gòu)件所有加工特征的加工編程。其中，加工特征、刀具和加工參數(shù)的選取均依據(jù)工件的加工要求和條件及編程技術(shù)人員的工藝經(jīng)驗來人工完成。加工操作是加工過程和數(shù)控程序的最小定義單元，它包含了所定義的加工特征（幾何）、刀具和工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)，它是由CAD/CAM系統(tǒng)自動生成的。由于飛機結(jié)構(gòu)件通常含有少則數(shù)十、多則上百乃至數(shù)百個加工特征，對于每個特征均需要重復(fù)生成加工操作并定義刀具、加工策略及刀軌樣式等參數(shù)，故編程效率低下。而且，工藝員與編程技術(shù)人員的專業(yè)知識和經(jīng)驗參差不齊，數(shù)控程序質(zhì)量難以保證。

針對飛機結(jié)構(gòu)件及其工藝特點，研究并開發(fā)自動編程技術(shù)，是解決這些問題的一條有效途徑。本文綜合我國航空制造業(yè)的技術(shù)條件、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及作者多年來的研究實踐，重新思考和調(diào)整自動編程技術(shù)的研究思路，并將工序計算作為數(shù)控加工自動編程的核心技術(shù)。具體研究內(nèi)容包括：

（1）詳細(xì)闡述工序計算的具體內(nèi)涵；

（2）綜述國內(nèi)外的相關(guān)研究現(xiàn)狀；

（3）設(shè)想工序計算技術(shù)的未來發(fā)展趨勢。

工序計算的內(nèi)涵

采用CAD/CAM系統(tǒng)編制的數(shù)控加工程序，其結(jié)構(gòu)可用圖1直觀表示。其中，一個“零件”ρ，除了自身的三維幾何模型外，還包含了一個“工序件”表ρ(δi)（i=1～m，δi為第i個工序件，δ1和δm分別代表毛坯和零件）和一個“工序”表ξ(λi)（i=1～m-1），其中λi為第i道“工序”，代表著將工序件δi按設(shè)定的“工位”安裝在所選擇的“機床”上并加工成工序件δi+1。在一個“工序”λ中，除了“機床”和“工位”信息外，其主要數(shù)據(jù)是一個“工步”表λΩλ,T(τi)（i=1～l），其中τi為第i個工步，Ωλ為工序待去除的材料域，T為工序執(zhí)行中先后使用的一組刀具。一個“工步”τ使用一把“刀具”，并執(zhí)行一系列最基本的“加工操作”，表示為τ(oi)，其中oi(i=1～k)為第i個加工操作。一個“加工操作”o包含“加工方法（m）”、“幾何數(shù)據(jù)（G）”、“加工參數(shù)（P）”和“加工余量（Δ）”等數(shù)據(jù)，即o(m,G,P,Δ)，這是定義和構(gòu)成數(shù)控加工程序的最小單元。

圖1中，除了零件的三維模型是由上游產(chǎn)品設(shè)計部門提供外，其他所有的加工過程、方法、工藝參數(shù)和幾何數(shù)據(jù)等均需要由自動編程系統(tǒng)自動選取和計算，將這些選取和計算統(tǒng)稱為工序計算。工序計算模型如圖2所示。其中，在“加工方案規(guī)劃”中，“工序件設(shè)計”是關(guān)鍵和難點，即根據(jù)零件加工的工位安排，先后定義和建立除了零件外的其他所有工序件（包括毛坯的三維幾何模型）。對于每個工位，除了配備必要的機床、刀具、切削參數(shù)、工藝知識和材料庫外，加工前后兩工序件的三維模型是該工位工序計算的最主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)?！肮ば蛴蛴嬎恪奔词歉鶕?jù)工位前后工序件的三維幾何模型，計算該工位工序待去除的材料域，簡稱工序域，即上文的Ωλ，并用最基本的切削體單元（簡稱工域元）及其關(guān)系來定義和表示，工序域計算的核心和關(guān)鍵是工域元的計算。工位的“工序計算”分為工域元工序計算和工域元工序間協(xié)調(diào)兩個階段：在工域元工序計算中，依據(jù)工藝知識中所定義和規(guī)定的工域元幾何特性、加工策略和選刀條件，先后完成各個工域元的幾何特性計算和分析、加工幾何單元（簡稱工藝元）規(guī)劃、定義和計算以及先后加工所需刀具選取等，其中工藝元計算和刀具選取交錯進行。在工域元工序間協(xié)調(diào)過程中，以工域元工序為基礎(chǔ)，通過共用和微調(diào)它們中的刀具以及根據(jù)它們各刀具所加工的工藝元的空間位置關(guān)系，來確定整個工序域的刀具組，并在此基礎(chǔ)上定義和建立整個工序域的工步序列?！肮げ絻?yōu)化”分為“工藝元加工順序優(yōu)化”和“切削參數(shù)選取優(yōu)化”兩步驟，前者通過重新調(diào)整工步中各個工藝元的先后加工順序來實現(xiàn)空走刀路線最短的主要目標(biāo)，后者則是在綜合考慮機床功效、工件材料性能和加工精度等條件下，以加工效率最高和刀具壽命較長為目標(biāo)，來確定和優(yōu)化各個工藝元的切削參數(shù)，以及通過適當(dāng)微調(diào)來“平順”相鄰工藝元間的加工參數(shù)。

圖1 數(shù)控加工程序Fig.1 NC machining program

圖2 工序計算模型Fig.2 Calculation model of machining process

傳統(tǒng)工序是用于指導(dǎo)工人現(xiàn)場加工操作的步驟和過程，執(zhí)行中所需的大量工藝常識、尺寸數(shù)據(jù)等細(xì)節(jié)均依靠工人的工作經(jīng)驗和現(xiàn)場確定。但是，支持?jǐn)?shù)控加工自動生成的工序，其內(nèi)容較傳統(tǒng)工序要詳細(xì)和豐富得多，它明確定義和包含了加工中所需的所有幾何數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)、加工方法和過程。因此，數(shù)控加工自動編程技術(shù)的核心和難點就是工序計算，這種認(rèn)知有別于當(dāng)今在此領(lǐng)域相關(guān)研究的理念。

工序計算技術(shù)研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外在工序計算相關(guān)技術(shù)的研究主要集中在工序件建模、加工特征識別、刀具選取和刀軌規(guī)劃與路徑優(yōu)化等諸多方面，下面簡要介紹這些技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

（1）工序件建模。

工序件三維模型是數(shù)控加工自動編程的中間數(shù)據(jù)，其建模效率和質(zhì)量對編程效率和質(zhì)量有直接影響。目前，工序件三維模型主要是通過人工交互操作CAD系統(tǒng)中的“零件設(shè)計”功能來定義和創(chuàng)建的。但是，這種建模方式不僅效率低，而且在建模過程中因無法準(zhǔn)確預(yù)估和定義加工余量及其分布，會導(dǎo)致加工過程中的空走刀與撞刀現(xiàn)象[1-2]。

工序件自動建模技術(shù)是解決這些問題的有效途徑，目前的方法可歸結(jié)為“正向減材法”和“反向增材法”兩大類。其中，正向減材法是指由毛坯模型出發(fā)，通過計算各工序中刀具所去除的材料域（切削體），并對前工序模型/毛坯模型與切削體進行布爾差運算獲得當(dāng)前工序模型；反向增材法是指從零件設(shè)計模型出發(fā)，根據(jù)工藝流程的逆過程反推計算各工序的切削體，并對后工序模型/產(chǎn)品零件與切削體進行布爾并運算，獲得當(dāng)前工序模型。無論是減材法或增材法，切削體的定義與構(gòu)建是關(guān)鍵，直接影響布爾運算的結(jié)果。目前，大多數(shù)研究主要集中在如何快速精確地構(gòu)建切削體方面。文獻(xiàn)[3-4]分別通過構(gòu)建刀具運動過程的掃掠體與典型特征元來實例化切削體。文獻(xiàn)[5-7]對特征的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)做了深入分析研究，提出了若干過渡特征、相交特征的抑制簡化方法，降低了等距偏置法[8]的復(fù)雜度，有效提高了切削體的建模質(zhì)量。

（2）加工特征識別。

加工特征識別是從零件模型自動提取特征的過程，旨在確定數(shù)控加工編程過程中的待加工區(qū)域，為數(shù)控加工工藝自動決策奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，國內(nèi)外學(xué)者提出大量技術(shù)方法，具有代表性的包括基于圖、基于痕跡、基于體分解、基于加工資源與混合式識別等經(jīng)典方法[9-10]。其中，基于圖的識別方法是通過構(gòu)建零件模型的屬性鄰接圖，與預(yù)定義的特征模式進行匹配，進而實現(xiàn)目標(biāo)特征的識別[11]。復(fù)雜特征難以通過固定特征模式表達(dá)，因此該方法的局限性在于難以準(zhǔn)確識別相交特征。

近年來的研究重點主要在于提高特征匹配效率與相交特征識別兩個方面。國內(nèi)研究人員提出采用啟發(fā)式算法[12]、圖等效分解法[13-15]將屬性鄰接圖拆分為若干子圖，通過遍歷子圖識別預(yù)定義的特征，有效降低了特征匹配算法的時間復(fù)雜度。Li等[16]提出特征種子面的概念，基于此擴展屬性鄰接圖的節(jié)點與鄰接邊屬性，有效識別飛機結(jié)構(gòu)中常見的曲面特征與相交特征?；诤圹E的識別方法是通過分析特征實例在實際模型中所殘留的幾何、拓?fù)渑c公差等設(shè)計特征信息，引入不確定性推理方法識別加工特征[17-19]。相比于基于圖的識別方法，該方法能夠有效識別交叉特征[20]，但對于不同的特征其痕跡的定義及推理方法均不同，方法的通用性較差?；诹Ⅲw分解的特征識別方法將零件的切削體分解為小的凸體集合，然后對分解出的凸體按照預(yù)先定義的特征體模式進行重新組合，產(chǎn)生出特征的零件解釋[21]。此類識別方法不依賴于具有固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特征模式，能夠較好地處理相交特征的自動識別[22]。但是該方法主要是通過數(shù)學(xué)算法對待去除的材料區(qū)域進行體積分解，幾乎沒有考慮特征對應(yīng)的加工方法，同時立體分解組合過程中需要大量的求交運算，因此識別效率較低?；诩庸べY源的識別方法最早由Gaines[23]提出，是當(dāng)前的研究熱點。該方法確保所識別特征具有可加工性且不存在多重特征解釋[24-25]。類似的，Yu等[26]基于分層加工思想提出了廣義槽特征的概念。她將同工位下同一縱向分層區(qū)域的加工區(qū)域定義為廣義槽特征，并且將閉角、內(nèi)陷、筋條等典型特征為廣義槽特征的附屬特征，從而將加工特征識別轉(zhuǎn)化為分層廣義槽特征構(gòu)建與附屬特征提取過程。目前，這項技術(shù)已在沈飛的實際生產(chǎn)中得到良好的應(yīng)用，但是對于需要雙面加工壁板和其他復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，現(xiàn)有技術(shù)仍不能直接應(yīng)用。

（3）刀具選取。

刀具自動選取是數(shù)控加工工藝方案自動規(guī)劃的重要內(nèi)容，刀具選取的合理與否將直接影響結(jié)構(gòu)件加工成本。在數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展初期，為避免過切，通常采用一把小刀具進行加工。

隨著現(xiàn)代機床自動換刀技術(shù)的發(fā)展，飛機制造企業(yè)通常采用多把刀具組合加工來提高大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工效率[27]。刀具組合加工策略的技術(shù)難點在于如何確定最優(yōu)刀具數(shù)量及刀具參數(shù)。文獻(xiàn)[28-29]指出采用兩把刀加工策略，但是方法不具通用性，仍難以保證最大切削效率?，F(xiàn)有刀具自動選取方法總體思路是：首先，對特征輪廓進行分析，采用Voronoi圖[30-31]、模擬滾圓法[32]、中軸變換圓[33]與最小通道法[34]等方法計算待加工區(qū)域的關(guān)鍵幾何特性；然后根據(jù)最小瓶頸距離、最小圓角半徑等參數(shù)從刀具庫中初步篩選可行刀具集合；最后，建立路徑長度和刀具加工時間計算模型[35-37]，以最小加工成本、最少換刀次數(shù)等為優(yōu)化目標(biāo)實現(xiàn)最佳刀具組合的快速選擇。同時，文獻(xiàn)引入啟發(fā)式算法提出刀具組合排斥性的判斷方法，有效減小優(yōu)化模型的解空間，從而提高算法效率。綜上可知，目前國內(nèi)的研究學(xué)者主要針對單個特征對象（如槽腔與腹板等）特征進行刀具的優(yōu)化選取。而對于諸如飛機壁板等具有少則十多個、多則數(shù)十乃至數(shù)百個槽的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，若依次獨立地對各特征進行刀具的優(yōu)化選取將導(dǎo)致刀具數(shù)量眾多與刀具選取效率低下等問題。因此，大型結(jié)構(gòu)件加工刀具的快速優(yōu)化選取將是該領(lǐng)域的研究重點。同時，有關(guān)選刀所需的工藝知識和經(jīng)驗均融合在算法中，工藝知識更新將導(dǎo)致這些算法的再研究和設(shè)計，因而目前的技術(shù)不具通用性和靈活性。

（4）刀軌規(guī)劃。

三軸數(shù)控加工通過控制刀具平動來完成零件的加工，飛機結(jié)構(gòu)件中的粗加工階段與腹板以及側(cè)壁加工階段通常采用三軸方式加工。對于三軸數(shù)控加工，經(jīng)典的刀具路徑軌跡規(guī)劃方法有等距偏置法、截平面法、等殘留高度法與等參數(shù)線法等方法。然而，基于這些方法生成的傳統(tǒng)行切、環(huán)切路徑軌跡可能存在尖角和加工方向的突變等一階不連續(xù)的情況，導(dǎo)致生成的刀具軌跡無法直接應(yīng)用于高速銑削。Yao等[38]提出一種新的組合螺旋刀軌生成算法，該算法以槽的中軸線上兩個分支間的線段或圓弧作為螺旋刀軌的中心，對轉(zhuǎn)角的殘留再采用沿著邊界的環(huán)切方法去除，最后再拼接各螺旋刀軌和環(huán)切刀軌。國內(nèi)學(xué)者在該方面也作了大量研究，針對含孤島型腔提出螺旋刀軌的生成方法[39-41]，有效提高加工效率并改善切削條件。

五軸數(shù)控加工在三軸基礎(chǔ)上增加了兩個旋轉(zhuǎn)自由度，使得刀軸姿態(tài)更加靈活可控。通過調(diào)整刀軸矢量不僅可以避免刀具與工件及夾具等的干涉，也使刀具和工件曲面之間能夠獲得更好的幾何匹配，有利于增大加工帶寬并提高實際加工效率。因此，五軸數(shù)控加工的刀具路徑軌跡規(guī)劃時，需要在保證無干涉前提下，通過調(diào)整刀軸方向來擴大刀具有效切削面積、改善工藝條件[42]。

現(xiàn)有的刀具刀軸矢量規(guī)劃方法可以歸為兩大類：先生成后調(diào)整和基于刀具可達(dá)空間的方法。其中，先生成后調(diào)整的思路是首先生成刀具軌跡，然后進行干涉判斷[43]與刀位矢量調(diào)整，因此該類方法的研究重點在于如何提高干涉檢查效率[44-45]；基于刀具可達(dá)空間的刀軸矢量規(guī)劃方法是直接在刀具可達(dá)空間中生成無干涉刀具路徑。首先，在離散的刀觸點處采用C空間法[46-47]、可視錐法[48-49]等方法計算可達(dá)方向錐；然后，在可達(dá)方向中規(guī)劃刀具路徑。因此，該方法的優(yōu)點是避免對刀具路徑進行反復(fù)的調(diào)整和檢測，能夠直接生成無干涉的刀具軌跡路徑，有效提高算法效率與可靠性。

（5）路徑優(yōu)化。

刀具軌跡路徑優(yōu)化旨在優(yōu)化加工順序，減少數(shù)控加工過程中的空走刀行程，從而提高大型復(fù)雜飛機結(jié)構(gòu)件的加工效率。路徑優(yōu)化屬于組合優(yōu)化問題，典型的優(yōu)化方法可分為兩類：傳統(tǒng)啟發(fā)式方法與現(xiàn)代啟發(fā)式方法。傳統(tǒng)啟發(fā)式方法主要有：基于規(guī)則推理、A*算法及狀態(tài)空間搜索等。為了提高路徑優(yōu)化的效率并獲取近似最優(yōu)化的加工順序，國內(nèi)外學(xué)者引入現(xiàn)代啟發(fā)式方法優(yōu)化飛機結(jié)構(gòu)件的加工順序?，F(xiàn)代啟發(fā)式方法主要包含：遺傳算法、模擬退火、蟻群算法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。近年來，這類方法應(yīng)用在加工操作排序上較多，取得了不少研究成果，其中，遺傳算法應(yīng)用最為廣泛。1996年，Kamhawi等[50]就提出采用遺傳算法解決加工排序問題，但是其未考慮加工特征父子加工順序問題，如子特征的加工需要先加工父特征。為了解決這個問題，Reddy等[51]進行了算法的補充，Qiao等[52]綜合考慮特征加工操作序列選取及加工操作排序，采用遺傳算法解決2.5軸零件加工操作排序問題。另外，Krishna與Xu等分別采用蟻群算法、模擬退火算法解決加工排序問題[53-54]，有效提高了飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工效率。

工序計算技術(shù)發(fā)展趨勢

以當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)研究成果為基礎(chǔ)，結(jié)合工序計算新思路，工域元和工藝知識計算、工序在線計算將成為近期數(shù)控加工自動編程技術(shù)研究的重點，并將為未來實現(xiàn)零件“數(shù)據(jù)驅(qū)動加工”奠定關(guān)鍵的技術(shù)基礎(chǔ)。

（1）加工域及加工對象單元計算。

從前面的介紹中可見，目前所定義的加工特征通常并不能用于準(zhǔn)確定義和表達(dá)工件上待去除材料域（下面統(tǒng)稱為加工域），如圖3（c）所示，將它作為加工對象單元，不符合零件的一般加工思路。加工域的最基本構(gòu)成單元應(yīng)該是工域元，如圖3（d）所示，加工操作中幾何數(shù)據(jù)所定義的幾何對象（簡稱操作元）才是真正意義上的加工對象單元。工域元并不能直接用于定義操作元，其中還需要所謂的“工藝元”這一中間單元。工域元、工藝元和操作元的幾何意義及其之間的關(guān)系如圖4所示。根據(jù)這些新認(rèn)識和新定義，工域元、工藝元和操作元等計算方法將取代此前的加工特征識別技術(shù)，這些方法將成為未來自動編程技術(shù)中的關(guān)鍵組成。在工域元計算中，將主要考慮加工域的空間連通性及界面幾何特點，如圖3（d）為圖3（c）的兩個工域元。一個工位上加工前后兩個工件的三維模型是該工位第1個工步中各工域元計算的基礎(chǔ)，后續(xù)工步的工域元則是其前面一或多個工步加工殘留工域元或是多個相鄰殘留工域元合并而成的。在工藝元計算中，除了工域元幾何特性外，還要綜合衡量工藝條件、機床和刀具能力、工件材料性能和加工要求等多種因素，而且需要獲得工藝知識計算技術(shù)和多種加工資源的支持。操作元計算方法則主要是建立在工藝元幾何特性和刀具尺寸參數(shù)的基礎(chǔ)之上。據(jù)此可見，工藝元計算是工域元、工藝元和操作元3者計算中最為靈活的，因而也是最難實現(xiàn)的。

（2）工藝知識計算及管理。

目前，對工藝知識的應(yīng)用方法是，根據(jù)工序計算中的專門需要，人工確定知識范圍，理解和量化表示知識工程意義，將量化結(jié)果嵌入到工藝性分析、刀具、加工參數(shù)選取和加工路線規(guī)劃等一系列專用算法中。知識缺乏系統(tǒng)性組織和結(jié)構(gòu)化管理，不具備統(tǒng)一和通用的工藝知識計算方法及工藝知識的自行更新和積累能力。當(dāng)工藝知識更新時，需要重新設(shè)計和開發(fā)這些專門算法，開發(fā)和維護成本高。

為了從根本上解決這些問題，有必要研究和建立通用的工藝知識計算技術(shù)，其中重點是定義和建立工藝知識的形式化、結(jié)構(gòu)化表示模型、類人腦組織和存儲模式以及工藝知識工程意義分析與解析算法等。由于工藝知識融合了工程領(lǐng)域中常見的圖表查詢、形體表達(dá)與認(rèn)知、復(fù)雜數(shù)學(xué)計算等多種復(fù)雜形態(tài)的知識，而這些形態(tài)的知識在當(dāng)前的人工智能和知識工程研究中尚未提供有效的表達(dá)、管理和處理技術(shù)，有必要在本領(lǐng)域研究中開展專門的研究。

在工藝知識管理方面，目前仍以借鑒并采用數(shù)據(jù)庫管理方法為主，知識的組織與管理結(jié)構(gòu)均是靜態(tài)的，不能根據(jù)知識的使用頻度靈活調(diào)整其物理存儲位置，以提高常用知識的讀取響應(yīng)速度。后續(xù)有必要利用成熟的“數(shù)字腦”技術(shù)，設(shè)計和構(gòu)建工藝知識的動態(tài)物理存儲結(jié)構(gòu)，使知識的組織和存儲最為合理，讀取最有效，同時便于知識的自行更新。

（3）工序在線計算及加工參數(shù)自調(diào)適。

目前的工序計算是以理論定義的加工坐標(biāo)系和工件三維模型為基礎(chǔ)，但在實際加工中這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)一定存在偏差，計算結(jié)果、尤其是后續(xù)工序和工步中的數(shù)據(jù)一定存在誤差，并最終影響零件的加工精度。未來將通過安裝在加工系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來獲得當(dāng)前工件的實際形狀及其裝夾方位，并以此為基礎(chǔ)來計算加工坐標(biāo)系和加工域，其結(jié)果將更能準(zhǔn)確地定義當(dāng)前工件的加工數(shù)據(jù)，消除工件此前的加工誤差積累及當(dāng)前定位誤差對工件加工精度所造成的影響。

圖3 工域元的計算流程Fig.3 Calculation flow of machining region cell

圖4 工域元、工藝元及操作元關(guān)系Fig.4 Relationship of machining region cell, machining process cell and operation cell

另外，目前在工件的加工全過程中，機床和刀具等均按程序中所設(shè)定的參數(shù)運轉(zhuǎn)，并始終保持不變。但是，由于飛機零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜和材料性能不均勻，加工余量的理論計算與實際間存在偏差，刀具的加工壽命和實際磨損難以準(zhǔn)確預(yù)測，編程中所選取的加工參數(shù)難以達(dá)到最合理的程度。未來將通過加工系統(tǒng)中的各種傳感器，實時感知和采集當(dāng)前機床工作狀況及刀具外部載荷、磨損和溫度等參數(shù)，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析和提取機床和刀具工況的局部特征和全局趨勢參數(shù)，并據(jù)此實時判斷和調(diào)試相關(guān)的加工參數(shù)，以確保機床始終處于最佳的穩(wěn)定運行狀態(tài)和較高的輸出功率，控制刀具磨損，實時補償?shù)毒吣p等帶來的加工誤差，并使零件制造達(dá)到最精確的程度。

（4）數(shù)據(jù)驅(qū)動加工方式。

目前的數(shù)控加工系統(tǒng)可接受的輸入文件是數(shù)控加工程序，由輸入的數(shù)控加工程序來控制機床與刀具等工藝資源完成工件的加工過程。隨著工藝知識計算和工序在線計算技術(shù)的研究和應(yīng)用、以及自動編程系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠運行，可將自動編程系統(tǒng)直接與數(shù)控系統(tǒng)集成，以形成全新的數(shù)控加工系統(tǒng)。這一系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)將不限于數(shù)控加工程序，而可能是工件的精確三維幾何模型數(shù)據(jù)?；诖思夹g(shù)，未來在零件數(shù)控加工準(zhǔn)備階段不再需要編程，從而實現(xiàn)零件的“數(shù)據(jù)驅(qū)動”加工目標(biāo)。

結(jié)束語

結(jié)合研究實踐得出，工序計算將是自動編程技術(shù)的核心，而操作元計算是工序計算實現(xiàn)過程的關(guān)鍵技術(shù)。在分析現(xiàn)有相關(guān)研究現(xiàn)狀及其存在問題的基礎(chǔ)上，推測了未來的自動編程是以加工域為對象，以工序和工藝知識計算為技術(shù)支持，從而實現(xiàn)“加工路線及參數(shù)自調(diào)適”和“數(shù)據(jù)驅(qū)動”等的發(fā)展趨勢和研究重點。我們正在按照這些新思路和發(fā)展方向，調(diào)整在此之前的研究重點，以期在最短時間內(nèi)完成新研究目標(biāo)。

當(dāng)前，這樣的調(diào)整也并非易事，工域元、工藝元和操作元計算完全不同于之前的加工特征識別，可供借鑒的技術(shù)方法不多，需要開展全新的研究。此外，工藝知識同時包含符號、數(shù)學(xué)、圖表和幾何形體等多種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的知識，目前的知識工程和人工智能的研究成果不完全適用于工藝知識計算，也需要開展專門的研究。這些研究均是自動編程研究中的基礎(chǔ)性工作，有待盡快取得研究成果。

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