高 鑫，馮 斌，趙中剛，王斌利

（航空工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，成都 610092）

航空結(jié)構(gòu)件組成了飛機(jī)的骨架，是飛機(jī)機(jī)身的重要組成部分。結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工是飛機(jī)制造過程中的重要環(huán)節(jié)，其加工周期直接影響飛機(jī)的準(zhǔn)時(shí)交付。傳統(tǒng)單機(jī)加工模式下，結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工過程需要工人進(jìn)行手動(dòng)裝夾找正，并依賴工人的經(jīng)驗(yàn)判斷刀具磨損及加工異常情況，零件加工質(zhì)量和效率無法有效保證。此外，隨著飛機(jī)性能提升，結(jié)構(gòu)件呈現(xiàn)大型化、復(fù)雜化發(fā)展趨勢，加工要求及難度顯著提升，采用傳統(tǒng)單機(jī)加工模式，加工質(zhì)量和效率更加難以保證。

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)正經(jīng)歷著一場技術(shù)變革。因具有高效、低成本優(yōu)勢，以自動(dòng)化、柔性化為特點(diǎn)的柔性生產(chǎn)線加工模式成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造的發(fā)展趨勢[1]。國內(nèi)外眾多航空制造企業(yè)構(gòu)建了柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線，如美國洛·馬公司組建了F35 座艙生產(chǎn)線，德國Aerotech 公司組建了民機(jī)結(jié)構(gòu)件柔性生產(chǎn)線，韓國KAI 公司針對(duì)A350 飛機(jī)組建了機(jī)翼自動(dòng)化生產(chǎn)線[2]。

為適應(yīng)制造業(yè)發(fā)展趨勢，國內(nèi)機(jī)械制造行業(yè)也陸續(xù)引進(jìn)了國外先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床及柔性生產(chǎn)線，并研發(fā)了國產(chǎn)柔性生產(chǎn)線，開啟柔性自動(dòng)化加工模式。如寧夏小巨人機(jī)床有限公司引進(jìn)日本山崎馬扎克公司先進(jìn)制造設(shè)備，構(gòu)建柔性生產(chǎn)線并組建智能生產(chǎn)車間[3]；航空工業(yè)昌飛組建了直升機(jī)旋翼系統(tǒng)關(guān)鍵零件生產(chǎn)線；大連科德為發(fā)動(dòng)機(jī)葉片研制了國產(chǎn)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)線；北京航智晟研制了用于航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床柔性生產(chǎn)線。

航空結(jié)構(gòu)件屬于多品種、小批量生產(chǎn)模式[4–5]，采用柔性線生產(chǎn)模式加工時(shí)，難以通過迭代優(yōu)化方式獲取穩(wěn)定高效的柔性線加工工藝。為保障柔性生產(chǎn)線自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)，必須配套柔性生產(chǎn)線自動(dòng)化工藝、設(shè)備智能維保、信息化管控等支撐技術(shù)。本文重點(diǎn)關(guān)注柔性生產(chǎn)線自動(dòng)化工藝技術(shù)，圍繞數(shù)控加工工藝技術(shù)，行業(yè)內(nèi)學(xué)者、專家開展了大量研究工作并取得了顯著成效。

在數(shù)控加工刀具智能優(yōu)選方面，吳寶海等[6]提出了一種基于點(diǎn)可行空間分析的刀具選擇方法，用于解決復(fù)雜曲面通道零件加工的刀具優(yōu)選問題；錢德成等[7]提出了一種將實(shí)例推理與規(guī)則推理相集成的混合推理方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控加工刀具的智能選擇。在切削參數(shù)決策方面，張明樹等[8]提出一種基于圖論進(jìn)而模糊逼近理想排序法的高速切削工藝參數(shù)優(yōu)化決策方法；胡瑞飛等[9]提出一種切削穩(wěn)定性約束下的銑削參數(shù)優(yōu)化方法。在數(shù)控加工程序編制方面，李峰等[10]以特征為工藝知識(shí)的有效載體，實(shí)現(xiàn)基于特征的自動(dòng)數(shù)控編程。Li 等[11]針對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線，分析了數(shù)字化工藝框架和流程，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化工藝編制。

綜上所述，行業(yè)內(nèi)學(xué)者在單點(diǎn)數(shù)控加工工藝技術(shù)方面取得了一系列成果，可在柔性線加工工藝中進(jìn)行應(yīng)用，但目前尚缺乏成套的柔性生產(chǎn)線加工工藝技術(shù)用于支撐柔性生產(chǎn)線自動(dòng)化運(yùn)行。本文將從柔性生產(chǎn)線加工工藝標(biāo)準(zhǔn)化、加工過程質(zhì)量控制及監(jiān)控指令添加等方面開展研究，形成面向航空結(jié)構(gòu)件的柔性線自動(dòng)化加工成套工藝技術(shù)。

1 柔性線加工模式對(duì)工藝設(shè)計(jì)的要求

柔性線加工模式下，零件在機(jī)裝夾、找正、換刀、數(shù)控加工、過程檢測等結(jié)構(gòu)件加工全過程無人工干預(yù)，因此在加工過程中，應(yīng)能夠?qū)Ξ惓Ｇ闆r進(jìn)行識(shí)別并及時(shí)停機(jī)，避免發(fā)生質(zhì)量事故。上述柔性線加工特點(diǎn)對(duì)結(jié)構(gòu)件加工工藝設(shè)計(jì)提出以下要求。

（1）加工工藝標(biāo)準(zhǔn)化。柔性線加工過程涉及的換刀、程序加載、資源調(diào)度等均由管控系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。為確保上述過程穩(wěn)定可靠，必須對(duì)柔性線加工工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。工藝標(biāo)準(zhǔn)化包括資源和加工策略兩個(gè)方面。其中資源標(biāo)準(zhǔn)化包括加工刀具、刀套、數(shù)控程序等；加工策略標(biāo)準(zhǔn)化包括典型特征加工走刀策略、切削參數(shù)等。

（2）加工過程檢測。傳統(tǒng)單機(jī)加工模式下，為確保零件加工質(zhì)量，在加工過程中由工人對(duì)零件裝夾狀態(tài)、中間過程關(guān)鍵尺寸進(jìn)行檢測。而柔性線加工全過程無人工干預(yù)，必須采用探頭自動(dòng)找正、基于探頭的加工中間狀態(tài)檢測等加工過程質(zhì)量控制手段，確保柔性線加工模式下，零件加工狀態(tài)可控。

（3）加工過程監(jiān)測。在柔性線自動(dòng)化加工模式下，傳統(tǒng)由工人對(duì)加工過程進(jìn)行值守，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)刀具斷裂、崩刃、嚴(yán)重磨損、干涉等加工異常狀態(tài)的方式已不再適用。為及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常加工狀態(tài)，避免產(chǎn)生嚴(yán)重質(zhì)量問題，必須借助加工狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工異常的識(shí)別，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)停機(jī)。

2 基于熵權(quán)法的工藝標(biāo)準(zhǔn)化因素確定

結(jié)構(gòu)件加工工藝因素繁多，如何確定影響柔性線標(biāo)準(zhǔn)化工藝的主要因素是實(shí)現(xiàn)柔性線標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。熵權(quán)法可以用來評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，是一種客觀的加權(quán)方法，采用熵權(quán)法可避免權(quán)重評(píng)價(jià)過程中人為因素過多的問題，使最終結(jié)果更加真實(shí)有效，因此采用熵權(quán)法實(shí)現(xiàn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化因素的確定。

首先梳理工藝設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)影響因素，由不同工藝人員對(duì)上述因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到各因素的初始評(píng)價(jià)值，然后各因素評(píng)價(jià)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，即

其中，Yij為標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值；Xij為第j個(gè)工藝員對(duì)第i個(gè)因素的評(píng)價(jià)值。則各因素指標(biāo)的熵值Ei可由下式進(jìn)行計(jì)算：

其中，n為第i個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)值的數(shù)量；Pij可表示為Pij=Yij/則各因素的權(quán)重為：

依據(jù)上述計(jì)算得到的各因素權(quán)重，其中選擇大于0.2 的因素，即為在柔性線加工模式下需進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的加工工藝因素。

3 加工工藝標(biāo)準(zhǔn)化

在柔性線加工模式下，為確保航空復(fù)雜結(jié)構(gòu)件加工過程中自動(dòng)換刀、程序加載、物流配送等過程的可靠性，必須對(duì)上述過程涉及的加工工藝進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，主要包括加工資源和工藝策略標(biāo)準(zhǔn)化。依據(jù)上文熵權(quán)法計(jì)算得到加工資源標(biāo)準(zhǔn)化包括刀具、程序標(biāo)準(zhǔn)化，工藝策略標(biāo)準(zhǔn)化包括走刀方式及切削參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)刀具及匹配工藝策略推送

對(duì)于結(jié)構(gòu)件而言，可選用加工刀具清單數(shù)量直接影響加工工藝標(biāo)準(zhǔn)化的難易程度。為實(shí)現(xiàn)加工工藝標(biāo)準(zhǔn)化，在滿足結(jié)構(gòu)件加工要求的前提下，應(yīng)盡可能減少可選用刀具規(guī)格數(shù)量。依據(jù)待加工結(jié)構(gòu)件特點(diǎn)，確定柔性線加工常用刀具清單，為確保刀具裝配后的標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)每把刀具匹配的刀套進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)清單中刀具加工具體特征設(shè)定匹配的切削參數(shù)和走刀方式，刀具類型均為立銑刀，實(shí)現(xiàn)工藝策略的標(biāo)準(zhǔn)化，如表1所示。

表1 柔性線機(jī)床加工標(biāo)準(zhǔn)刀具及匹配工藝策略Table 1 Standard tool and matching process strategy in machine tool processing of flexible line

為更好地實(shí)現(xiàn)加工刀具及工藝策略的標(biāo)準(zhǔn)化，在結(jié)構(gòu)件工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，依據(jù)零件材料、選擇的機(jī)床、具體加工特征及加工方式從標(biāo)準(zhǔn)刀具清單中選擇并推送滿足加工要求的刀具及匹配的工藝策略[12]，刀具及工藝策略自動(dòng)推送模塊如圖1所示。

圖1 加工刀具及匹配工藝策略自動(dòng)推送模塊Fig.1 Automatic decision technology of cutting tool and strategy

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化NC 程序

（1）NC 程序標(biāo)準(zhǔn)化命名。為實(shí)現(xiàn)柔性線加工過程中加工程序的自動(dòng)加載，制定NC 程序命名規(guī)范，統(tǒng)一采用“零件編號(hào)–工序–工步”的命名方式對(duì)NC 程序進(jìn)行命名，如“0012”號(hào)零件、20 工序、第5 工步加工程序的名稱應(yīng)為“0012–20–05”。

（2）標(biāo)準(zhǔn)帶頭帶尾。柔性線運(yùn)行過程中，為適應(yīng)同一零件程序在不同機(jī)床上加工的需求，對(duì)NC 加工程序帶頭帶尾中包含的壓縮指令、換刀指令、冷卻液開關(guān)、主軸開關(guān)、輔助M 指令等語句進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。圖2為橋式AC 擺角五軸數(shù)控機(jī)床加工程序標(biāo)準(zhǔn)帶頭帶尾。

圖2 NC 加工程序標(biāo)準(zhǔn)帶頭帶尾Fig.2 Standard format of NC program

4 過程控制指令標(biāo)準(zhǔn)化

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化宏程序指令

在柔性線自動(dòng)化加工模式下，采用數(shù)控系統(tǒng)宏程序方式替代傳統(tǒng)人工干預(yù)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程質(zhì)量控制。針對(duì)不同機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)，宏程序指令存在顯著差異導(dǎo)致指令及參數(shù)繁多，增加了工藝設(shè)計(jì)宏程序指令添加的工作量和出錯(cuò)概率，過程控制指令標(biāo)準(zhǔn)化是解決上述問題的有效途徑。

宏程序應(yīng)用可分為3 個(gè)階段，即工藝端、仿真端和加工端。對(duì)于工藝端而言，只需工藝人員在程編環(huán)節(jié)添加宏程序指令及匹配的參數(shù)信息即可，工藝人員無須知道宏程序功能如何實(shí)現(xiàn)；而在仿真和加工端需將宏程序指令轉(zhuǎn)化為機(jī)床可執(zhí)行的語句，以便實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的過程控制功能，因此標(biāo)準(zhǔn)宏程序構(gòu)建包括以下兩個(gè)方面。

（1）工藝端。梳理結(jié)構(gòu)件加工過程人工干預(yù)環(huán)節(jié)，基于柔性線自動(dòng)化加工需求，梳理形成柔性線標(biāo)準(zhǔn)宏程序清單，并進(jìn)行規(guī)范化命名，確保在工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，針對(duì)不同機(jī)床、不同數(shù)控系統(tǒng)，相同功能宏程序命名一致。可最大程度減少工藝程編工作量，同時(shí)也在一定程度上避免了因宏程序使用錯(cuò)誤導(dǎo)致的質(zhì)量問題。表2為部分標(biāo)準(zhǔn)宏程序。

表2 部分標(biāo)準(zhǔn)宏程序Table 2 Part of the standard macro programs

（2）仿真和加工端。在仿真和加工端，為確保機(jī)床能夠正確識(shí)別宏程序指令，并按照預(yù)期執(zhí)行相應(yīng)的過程控制動(dòng)作，在NC 程序中將工藝員添加的宏程序指令及匹配的參數(shù)信息轉(zhuǎn)換為機(jī)床可執(zhí)行的語句；同時(shí)在仿真機(jī)床庫及機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中開發(fā)與機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)匹配的子程序驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。表3為測量零件在（X80，Y100）處Z向坐標(biāo)值時(shí)使用“MEASURE_POINT（80，100，50）”宏程序?qū)?yīng)的機(jī)床可執(zhí)行代碼，其中“L132”為機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)中基本的點(diǎn)位測量子程序，對(duì)于不同機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)該子程序存在差異。

表3 宏程序?qū)?yīng)機(jī)床可執(zhí)行代碼Table 3 Executable code of machine tool correspond to macro programs

4.2 基于刀具壽命的標(biāo)準(zhǔn)化換刀指令

（1）基于模糊綜合評(píng)價(jià)的刀具壽命評(píng)估。為實(shí)現(xiàn)對(duì)待加工刀具壽命評(píng)估，從歷史加工數(shù)據(jù)庫中選取加工方式與待加工刀具加工方式相同的刀具所對(duì)應(yīng)的歷史數(shù)據(jù)，以該刀具歷史加工壽命值作為待加工刀具壽命，進(jìn)而以該壽命值作為刀具換刀依據(jù)。為更好地在歷史加工數(shù)據(jù)庫中選取與待加工刀具匹配的相同刀具，本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)刀具的匹配度進(jìn)行評(píng)價(jià)。將每一個(gè)評(píng)價(jià)因素分為3 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，本文采用的正態(tài)分布隸屬度函數(shù)如式（4）～（6）所示。

其中，x為評(píng)價(jià)值；μmin，μmax分別為最低和最高評(píng)價(jià)值；μ0為預(yù)期值。

影響刀具匹配度計(jì)算的因素包括切削參數(shù)、走刀方式、加工部位等。采用一致性模糊矩陣計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。模糊矩陣F=（fij）3×3中的元素可表示為

刀具匹配度計(jì)算模糊矩陣F可表示為

通過對(duì)模糊矩陣進(jìn)行變換，得到模糊一致矩陣FT。

采用式（10）所示方法對(duì)模糊一致矩陣進(jìn)行歸一化處理，得到影響刀具匹配度計(jì)算各因素的權(quán)重WT。

刀具評(píng)價(jià)結(jié)果ECTool為

其中，EP、EMS、EMF分別表示待加工刀具選用切削參數(shù)、走刀方式及加工部位的評(píng)價(jià)結(jié)果。

以待加工刀具選用切削參數(shù)為例，影響其評(píng)價(jià)結(jié)果的子因素包括進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速、切深、切寬等。同樣采用模糊一致矩陣及歸一化處理得到各子因素權(quán)重WP。

針對(duì)每個(gè)子因素，依據(jù)正態(tài)分布隸屬度函數(shù)計(jì)算隸屬度，得到切削參數(shù)評(píng)價(jià)矩陣MP。

通過使用模糊運(yùn)算計(jì)算切削參數(shù)的綜合評(píng)價(jià)EP。

同樣地，可以得到走刀方式及加工部位的評(píng)價(jià)結(jié)果，進(jìn)而依據(jù)式（12）得到待加工刀具與歷史加工數(shù)據(jù)庫中與待加工刀具相同刀具的評(píng)價(jià)值，依據(jù)式（16）計(jì)算待加工刀具與歷史加工數(shù)據(jù)庫中相同刀具的匹配度D。

其中，ETool為待加工刀具的評(píng)價(jià)值；EDate為歷史加工數(shù)據(jù)庫中與待加工刀具相同刀具的評(píng)價(jià)值。

基于上述方法可在歷史加工數(shù)據(jù)庫中找到與待加工刀具匹配度最高，且達(dá)到一定值的相同刀具，以該歷史加工刀具的壽命作為待加工刀具的壽命值。

（2）基于刀具壽命的標(biāo)準(zhǔn)化換刀指令。自動(dòng)換刀是實(shí)現(xiàn)柔性線加工過程無人工干預(yù)的重要支撐技術(shù)。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀，在NC 程序中融入刀具預(yù)期壽命，并設(shè)置刀具壽命檢查及換刀指令。在每一個(gè)刀具壽命檢查點(diǎn)，還需讀取當(dāng)前程序剩余加工時(shí)間，具體流程如圖3所示。

圖3 自動(dòng)換刀流程Fig.3 Process of automatic tool change

5 加工過程監(jiān)控指令添加

在柔性線加工模式下，結(jié)構(gòu)件加工過程所有環(huán)節(jié)均由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，為保證上述過程準(zhǔn)確可靠，在程序中增加防錯(cuò)指令，對(duì)零件加工過程進(jìn)行系統(tǒng)防錯(cuò)；此外為確保能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過程中的異常情況，在加工程序中增加監(jiān)控指令用于加工過程狀態(tài)監(jiān)控。

5.1 防錯(cuò)指令

直接影響零件加工質(zhì)量的因素包括刀具、程序、加工原點(diǎn)等。結(jié)構(gòu)件自動(dòng)化加工過程中涉及的刀具調(diào)用及換刀、程序加載、加工原點(diǎn)調(diào)用等均由系統(tǒng)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。為降低零件加工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)上述過程在加工程序中分別添加包含正確工藝信息的防錯(cuò)指令，在加工過程中，數(shù)控系統(tǒng)讀取程序中防錯(cuò)指令所包含的準(zhǔn)確刀具、程序、原點(diǎn)信息，并與當(dāng)前調(diào)用的刀具、程序、原點(diǎn)信息進(jìn)行比對(duì)。如兩者存在差異，則認(rèn)為出現(xiàn)錯(cuò)誤，停止加工，避免質(zhì)量問題的發(fā)生。針對(duì)不同加工環(huán)節(jié)，防錯(cuò)指令所包含的信息及防錯(cuò)機(jī)制有所差異。

（1）刀具調(diào)用防錯(cuò)指令。刀具調(diào)用防錯(cuò)指令用于在加工過程中對(duì)刀具信息進(jìn)行檢查，避免刀具使用錯(cuò)誤，包含理論正確刀具信息及刀具比對(duì)指令。加工過程中，運(yùn)行某條加工程序時(shí)，系統(tǒng)從防錯(cuò)指令中讀取該條程序?qū)?yīng)的正確刀具信息，并從數(shù)控系統(tǒng)中獲取當(dāng)前調(diào)用刀具的信息，如當(dāng)前刀具半徑、底角等信息與理論刀具信息不同，或當(dāng)前刀具刀長與理論刀具刀長差異值超出允許范圍，則認(rèn)為當(dāng)前刀具調(diào)用錯(cuò)誤，停止加工。

（2）程序調(diào)用防錯(cuò)指令。程序調(diào)用防錯(cuò)指令用于在加工過程中保證程序按照加工順序依次調(diào)用，包含本條程序識(shí)別碼、下一條待加工程序識(shí)別碼及程序碼比對(duì)指令。加工某條程序時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)記錄本條程序中存儲(chǔ)的下一條加工程序信息，當(dāng)本條加工程序執(zhí)行完畢后，調(diào)用下一條加工程序加工時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)從下一條加工程序中讀取程序信息，并與此前存儲(chǔ)的下一條加工程序信息進(jìn)行比對(duì)，以確保系統(tǒng)正確調(diào)用下一條加工程序。

（3）原點(diǎn)調(diào)用防錯(cuò)指令。原點(diǎn)調(diào)用防錯(cuò)指令用于保證零件加工原點(diǎn)設(shè)置的正確性，包含存儲(chǔ)的零件原點(diǎn)信息及原點(diǎn)比對(duì)指令。加工某條程序時(shí)，如該程序?yàn)槭准庸?，則將當(dāng)前程序?qū)?yīng)的零件及原點(diǎn)信息進(jìn)行存儲(chǔ)；如該零件為非首件加工，則將當(dāng)前程序的原點(diǎn)信息與備份的該零件對(duì)應(yīng)的原點(diǎn)信息進(jìn)行比對(duì)，如原點(diǎn)坐標(biāo)差異值超出閾值或者當(dāng)前坐標(biāo)系使用鏡像、比例縮放功能則認(rèn)為當(dāng)前原點(diǎn)信息設(shè)置錯(cuò)誤，停止加工。

5.2 加工監(jiān)控指令

結(jié)構(gòu)件加工過程狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)柔性線無人工干預(yù)加工的重要支撐技術(shù)。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件屬于多品種小批量加工模式，不同零件之間差異巨大。以零件為單位進(jìn)行加工狀態(tài)監(jiān)控存在監(jiān)控樣本數(shù)據(jù)不足的問題，監(jiān)控效果難以達(dá)到預(yù)期。雖然不同結(jié)構(gòu)件之間存在差異，但結(jié)構(gòu)件都是由槽、筋、孔等基礎(chǔ)加工特征組成，以加工特征為單位進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控可有效解決監(jiān)控樣本不足的問題。

為確保對(duì)結(jié)構(gòu)件加工過程進(jìn)行有效監(jiān)控，依據(jù)零件加工特征及其工藝信息在加工程序中添加監(jiān)控指令。監(jiān)控指令中包含零件材料、加工特征、加工刀具、加工方式、監(jiān)控閾值等信息。其中，監(jiān)控閾值主要用于判斷當(dāng)前零件加工狀態(tài)是否存在異常，包括最大加工主軸功率、最大瞬時(shí)功率突變值、機(jī)床各運(yùn)動(dòng)軸最大電流等多個(gè)評(píng)判閾值。當(dāng)零件加工狀態(tài)數(shù)據(jù)超出監(jiān)控閾值中任何一個(gè)評(píng)判閾值，則認(rèn)為當(dāng)前零件加工存在異常情況。如監(jiān)控指令“Monitor（TC4,Corner，T12_45R3Z4，ID007，7.3，5.5，8.8，6.6，10.9，15.6，17.9）”表示采用T12_45R3Z4刀具側(cè)銑加工鈦合金零件轉(zhuǎn)角特征時(shí)，主軸最大功率為機(jī)床主軸最大輸出功率的7.3%，最大瞬時(shí)功率突變值為機(jī)床主軸最大輸出功率的5.5%，X、Y、Z、A、C5 個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的最大允許電流分別為各自運(yùn)動(dòng)軸最大輸出電流的8.8%、6.6%、10.9%、15.6%和17.9%。

6 典型結(jié)構(gòu)件應(yīng)用實(shí)例

圖4為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件為例說明本文提出柔性線加工工藝設(shè)計(jì)方法的實(shí)現(xiàn)流程。

圖4 典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件（mm）Fig.4 Typical aircraft structure part (mm)

該零件為典型鈦合金單面框類結(jié)構(gòu)件，槽深30mm，轉(zhuǎn)角半徑6.5mm，槽底角半徑3mm，毛坯尺寸310mm×420mm×40mm?？蛎婕庸ろ樞?yàn)椤按旨庸えC筋頂精加工–腹板精加工–轉(zhuǎn)角插銑–轉(zhuǎn)角側(cè)銑精加工”。首先從柔性線標(biāo)準(zhǔn)刀具清單中選擇每個(gè)工步對(duì)應(yīng)的加工刀具及匹配的切削參數(shù)，對(duì)于每個(gè)加工工步采用標(biāo)準(zhǔn)化NC 程序命名規(guī)則進(jìn)行命名，各工序工步信息如表4所示。

表4 零件加工工藝信息Table 4 Machining technology information of the part

在加工過程中，為減少人工干預(yù)，采用探頭對(duì)零件裝夾狀態(tài)和加工狀態(tài)進(jìn)行復(fù)查及檢測，標(biāo)準(zhǔn)化探頭檢測宏程序指令如表5所示。

表5 零件加工探頭宏程序Table 5 Probe macro program of parts processing

此外在加工程序中增加防錯(cuò)、監(jiān)控及換刀指令，減少人工干預(yù)。如圖5所示，以“02–腹板精加工”工步加工程序?yàn)槔?，在NC 程序中，使用柔性線機(jī)床標(biāo)準(zhǔn)帶頭帶尾，并在程序開頭添加刀具、程序、原點(diǎn)調(diào)用防錯(cuò)指令，加工過程監(jiān)控指令。在程序加工過程中添加刀具壽命檢查及換刀指令。

圖5 包含各種控制指令的NC 加工程序Fig.5 NC program containing various control instructions

7 結(jié)論

（1）形成了涵蓋標(biāo)準(zhǔn)刀具及工藝策略，融合刀具壽命管理的標(biāo)準(zhǔn)NC 程序在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化柔性線加工工藝技術(shù)。

（2）構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)化加工過程控制指令及加工狀態(tài)監(jiān)控指令。

（3）形成了涵蓋標(biāo)準(zhǔn)化加工工藝、標(biāo)準(zhǔn)化過程控制指令、加工狀態(tài)監(jiān)控指令在內(nèi)的成套柔性線加工工藝技術(shù)。