[發明專利]薄壁首飾自由曲面的五軸機床在線測量與補償加工方法

在審

• 申請號: 202010154596.6
• 申請日: 2020-03-08
• 公開（公告）號: CN112757046A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 蘇曉川;姜成偉;張健;張振林;王薇;張文甲;李雨
• 申請（專利權）人: 智美智能科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: B23Q15/22
• 分類號: B23Q15/22;B23Q17/22
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

本發明是薄壁首飾自由曲面的五軸機床在線測量與補償加工方法，包括：(1)在三維設計軟件中建立薄壁首飾的理論三維模型；(2)基于該模型所需加工部位確定測量點位；(3)基于該模型和測量點位進行測量路徑規劃和理論刀具路徑規劃；(4)采用機床測頭在線測量，獲取測量點的坐標值；(5)將機床測量點進行坐標變換即將五軸機床測量坐標變換為工件坐標；(6)將所得數據導入在線測量補償加工軟件，并擬合出測量獲得的實際曲面；(7)根據實際曲面和理論刀具路徑生成補償加工程序并完成加工。本發明提高加工尺寸精度和穩定性，提升薄壁首飾加工產品的合格率，減少薄壁首飾切削去除量，降低貴金屬損耗，降低生產成本。

技術領域

本發明涉及自由曲面加工誤差測量與補償技術領域，具體涉及一種薄壁首飾自由曲面的五軸機床在線測量與補償加工方法。

背景技術

在首飾加工領域，為了減少同體積貴金屬材料的質量(克重)以節約成本，通常產品設計成薄壁結構，其厚度在0.2-0.3mm之間，同時為了保證首飾的美觀性，其幾何結構往往采用不規則的自由曲面，而由于毛坯電鑄工藝的局限性，其幾何尺寸大小往往與設計模型有所偏差，其厚度一般在0.35-0.45mm之間，但壁厚分布不均勻即有薄有厚。傳統的加工方法是根據理論設計模型編制數控加工程序，并且按照一定的切削深度來進行加工，這樣一方面會由于毛坯壁厚的不均勻而導致局部欠切或過切現象，甚至局部切漏的情況也時有發生；另外，這種切削方式毛坯材料去除量也大，從而會在一定程度上增加貴金屬材料的損耗率，造成生產成本上升。為了解決上述問題，就要求切削時必須按照毛坯的實際幾何形狀進行去除材料加工，即沿實際毛坯表面輪廓進行逐層均勻去除加工。

另外，首飾產品為了追求美學和藝術性，其幾何形狀設計大多采用復雜的不規則曲面即自由曲面，很難采用一般的測量手段進行測量。如果采用五軸坐標測量機進行離線測量，存在二次裝夾定位的問題，不僅存在累計誤差，而且需要額外購置測量機，提高了設備成本。

發明內容

本發明的目的在于克服傳統技術的不足，提出一種薄壁首飾自由曲面的五軸機床在線測量與補償加工方法，其通過基于理論設計模型測量路徑規劃和刀具路徑規劃、測量程序生成、在線測量、測量點坐標變換處理、曲面擬合、補償加工刀具路徑生成、補償加工程序生成等過程，進行精確的補償加工，從而解決了薄壁首飾五軸在線測量及加工難題。

為實現上述目的，本發明的技術方案具體為：

一種薄壁首飾自由曲面的五軸機床在線測量與補償加工方法，包括如下步驟：

步驟(1)在三維設計軟件中建立薄壁首飾的理論三維模型；

步驟(2)將步驟(1)的三維模型導入在線測量補償加工軟件，在該模型所需加工部位確定測量點位，測量路徑和理論刀具路徑規劃；點位要根據理論模型輪廓的曲率，特征的復雜程度來確定點位的個數和分布的疏密程度；

步驟(3)根據五軸機床的結構型式和測量功能要求，采用測頭探針的型號，結合步驟(2)確定的測量點位和規劃的測量路徑生成測量程序，每一個測量點的探測運動路徑方向與理論模型曲面在該點的法向重合；

步驟(4)將毛坯、測頭安裝到機床上并利用步驟(3)所得測量程序進行在線測量，機床將每個測量點的五個坐標值記錄存儲；

步驟(5)將步驟(4)所得的測量數據通過坐標變換，即將機床測量坐標變換為工件坐標；

步驟(6)將步驟(5)所得數據導入在線測量補償加工軟件中擬合出實際曲面，并根據該曲面和理論刀具路徑生成補償加工刀具路徑，進而生成機床的補償加工程序；

步驟(7)使用步驟(6)的加工程序完成加工。

所述機床測量點都是該點在機床測量坐標系下的實際坐標值，通過在線測量補償加工軟件的坐標變換模塊將該坐標值自動轉換到工件坐標系下的空間坐標值。