浙江盛达铁塔有限公司
【摘要】本文提出了快速数控编程系统框架和关键技术，并根据电力铁塔结构的结构和过程，建立和开发了一套具有自动识别、刀具和切削参数的自动选择、自动工艺规划和处理单元的自动加工和优化等核心技术的快速数控编程系统。
【关键词】电力铁塔；结构件；数控编程技术
电力铁塔对性能提出越来越高的要求，电力铁塔结构件的也在不断向大型化、整体化、复杂化的目标前进，但是现有的通用软件在数控编程的过程中暴漏了一些问题，例如效率低、周期长、质量差等等。这些问题制约着数控高效加工及电力铁塔快速研制的进度和方向。经过深入分析发现，导致问题出现的原因有两个：一方面，编程过程中的自动化程度低，需要通过人机交互模式来建立各种加工方案和加工参数；另一方面，因为过分依赖于技术人员在具体生产环境中积累经验和知识，导致工艺准备技术和编程技术智能化程度低。因此，迫切需要研究和开发适合于电力铁塔结构件的快速数控编程系统。其中，加工特征识别、刀具选择、特征优化、加工参数优化、刀具路径计算等是数控加工编程的关键技术。
1.电力铁塔结构件编程系统框架
国内外的研究学家对加工特征识别、刀具选择、特征优化技术已经研究了30多年，取得了较大的成果，但是现有成果并不能全部适用于实际的需要，更加不能满足电力铁塔结构件编程应用。本文以电力铁塔结构件形状及其加工工艺特点和要求，获取的加工特征的几何参数为依据，以整体加工时间最短为目标，建立刀具优化选取模型；提出了基于广义槽分层求交的加工特征自动识别方法；加工过程中，由于结构件加工特征数量大、工步多、金属切除量大而极易产生变形，因此在该系统中应用基于知识推理的加工特征自动排序方法，并结合“数控加工资源与知识库”，运用人工智能和专家系统等理论和技术对加工工艺进行分段并提出加工单元构建思想，使电力铁塔结构件快速数控加工编程系统具备较高的自动化加工编程能力。
它包含模型预处理、特征识别、工艺资源选取、工艺方案规划、加工单元构造及优化排序、加工操作生成和后置处理等模块。这些功能之间以及子功能间存在着调用和数据传递关系，自动计算流程如图1所示。
系统集成了“数控加工资源与知识库”，运用知识推理，服务于各大功能模块。
1.1模型预处理
主要用于删除模型中某些影响识别的结构以简化模型，如横向孔、竖直孔（直径较大的孔除外）和斜向孔，一般来说，这些孔都是电力铁塔壁板精加工完成后，采用钳工进行加工而来的。
1.2特征识别
在零件和毛坯三维模型的基础上，提取与计算数控加工刀具轨迹相关的几何形状，就是指由确定加工区域和进刀方向等组成的加工特征信息，为接下来的工作提供几何依据。
1.3工艺资源选取与工艺方案规划
根据加工要求和人员已有的工艺知识将加工工艺进行分段，确定好分几段，并且明确每个阶段的加工余量、加工方法和加工特征，同时还要熟悉在各个阶段中使用的刀具和切削参数，正果整个过程中要在专家知识的指导下安排加工顺序。整个工艺加工过冲要运用到“数控加工资源与知识库”。
1.4加工单元构造及优化排序
加工单元是数控加工工艺过程中的最小组织结构，它代表着加工区域，同时还规定了具体加工区域的加工方法。我们通过对每个工步下的加工单元进行优化排序，最终符合工艺及最短路径要求，序列化后的加工单元与工艺方案相融合生成数控加工链。
1.5加工操作生成
将数控加工链映射到数控加工模块，一个加工单元实例化一个加工操作，进而完成加工刀轨计算。
1.6后置处理
按照既定的控制系统中的格式要求把刀轨文件转换为NC代码，实现零件数控程序的自动生成。用户交互设定零件模型、毛坯模型和加工坐标系，处理快速数控加工编程系统的输入模式，接着实现系统对零件模型进行预处理和加工特征自动识别，并提取加工特征所包含的加工，提供几何依据去选择合理刀具、安排加工顺序及计算刀具轨迹等。在加工特征识别的基础上，系统将以“数控加工资源与知识库”里的数据进行支撑，确定加工单元和加工方法，选取加工刀具和切削参数，分配加工余量，安排加工先后顺序，实现整个工艺流程的设计。在完成工艺流程设计之后，刚开始只能得到加工信息的加工单元，还不是完整的数控程序，只有实现加工单元与加工操作关联起来，通过实例化生成数控程序及刀轨，才能完成整个数控程序。接下来就可以对刀具轨迹进行编辑修改和模拟仿真，最终将程序经后置处理转换成机床NC代码。
2.快速数控编程系统集成关键技术
2.1结构件快速数控编程系统体系框架
结构件快速数控编程系统主要应用于数控加工车间，在结构件快速编程和制造生产中，这些信息可以在每个环节中共享。如图2所示。
用户应用层：通过和实现人机交互操作，为编程人员提供应用服务，完成数控编程的应用功能。
功能服务层：该层主要包括系统管理、工艺编程管理、信息管理等模块，为系统提供应用服务，能够保证实现在各种不同系统间互相操作的流程。
应用保证层：该层包括网络化服务系统和应用系统两大单元。为系统提供各种制造服务，通过二次开发工具开发出来的各式各样的接口、组件来控制、调用、协调等来实现制造组织功能。网络化制造服务系统子层是整个系统的核心层，基于通用对象请求代理结构（
）和多及基于语义的服务，主要包括服务接口及其实现等。应用系统子层是由不同的软件厂家提供的包括等商业化软件。
数据资源层：主要负责管理相关的数据库资源，存储和共享业务数据。数据库类型主要包括文件数据等硬件设备；包括Internet/Intranet网络硬件和通信协议及接口相关的标准和规范，信息安全和控制等。
系统集成了组件和服务，通过规定分布对象的定义、语言映射和封装接口，将作为其上层中间组件实行服务管理，通过多对象、多层次的代理体形成应用框架。在企业内部设置服务注册中心，负责管理各车间WEB服务，应用系统可以是已有的数字制造系统，也可以是新开发的系统。对已经存在的，系统，通过文件描述系统功能及注册方法封装成组件，最后将服务描述文件通过接口发布到供客户调用。
2.2基于本体的数控编程制造信息集成
只要将信息资源的概念和其中的关系形成统一语义的系统知识，快速的数控编程就能够制多平台、造异构、动态的信息。信息是在本体的作用下进行整合的，而系统的顶级本体是由产品本体、企业和车间本体、知识本体、WEB服务本体和数控编程资源本体等多个子本体构成。以下详细解释多个子本体构成的要素。
产品本体描述数控工艺和编程的部件和零件的结构信息、产品信息、工艺和工装信息、尺寸和公差信息等；
企业和车间本体描述数控车间的人员信息、组织信息、流程信息、资源信息和目标策略等；
知识本体包括结构件特征识别的知识、切削刀具、数控工艺规划知识和参数选择知识等；
WEB服务本体企业或车间的基本信息、工艺流程信息、服务资源信息服务请求和服务策略信息等；
数控编程资源本体定义编程需要的各种资源，包括刀量具信息、设备信息、毛坯信息、生产计划信息、在制品信息、夹具信息、工艺分工信息和数据资源信息等。
结束语
本文针对结构件数控加工车间的生产流程，提出结构件快速数控编程系统的集成技术，提出基于和服务的系统集成的方法，构建了系统的集成框架，有效地解决了系统的信息共享技术。
参考文献
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