[發明專利]基于非接觸測量的大型結構件智能切削系統及方法

在審

• 申請號: 202010744082.6
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111940843A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 孫宇;王禹;董新雨;曹春平;武凱
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: B23D79/00
• 分類號: B23D79/00;B23Q17/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發明公開了一種基于非接觸測量的大型結構件智能切削系統及方法，系統包括切削加工單元、檢測單元和控制通訊單元；檢測單元包括非接觸測量裝置和夾持裝置；非接觸測量裝置掃描得到結構件表面三維坐標數據，系統控制主機通過總線分別與機床CNC系統和非接觸測量裝置相連；首先將大型結構件固定在移動工作臺上，通過滑座在三軸移動平臺上的移動和位姿調整機構的調整使用非接觸測量裝置對結構件各特征表面進行測量掃描，并將坐標數據通過得到特征數據修正初始CAD模型，在此基礎上規劃刀具定位及加工路徑，反饋給機床CNC系統。本發明有效解決了人工檢測帶來的尋找刀具位置的定位誤差和空走刀的時間浪費等問題。

技術領域

本發明屬于切削加工領域，特別是一種基于非接觸測量的大型結構件智能切削系統及方法。

背景技術

壓力機壓鑄機等大型設備的機架焊接之后需要進一步進行切削加工，此類大型結構件一般具有厚度大、焊接部位強度高的特點，由于焊接過程存在誤差和變形，往往會造成工件表面形狀不規則等不同程度的偏離。可能具有三維形貌特征，在設計表面的法線方向上超出允許的誤差范圍，如凹凸缺陷、腐蝕等，目前大型結構件的切削加工過程還處于人工目測的階段。數控機床的刀具與待加工工件之間的相對關系，需要在機床坐標系中準確定位。如何保證大型結構件在數控切削加工中快速定位和精確切削，是目前亟待解決的問題。

工件的切削加工過程中，工件的裝夾固定、刀具的調整定位等輔助時間占據了加工周期的極大部分。刀具的調整不僅費時費力，而且對刀不準確，最后還需要試切。統計資料表明，工件的切削加工真正的切削時間只占55％。目前，對于大型結構件的切削系統，傳統方法一般選用較大的定位余量，通過試切對刀的方式進行定位，另一種是人工檢測定位，借助對刀儀等設備完成刀具的定位。這些方式對刀時間慢、精度低、效率低，難以實現切削加工的自動化。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于非接觸測量的大型結構件智能切削系統及方法，通過非接觸測量裝置進行待加工件表面位置檢測反饋給加工系統實現刀具的快速定位和精確加工，以縮短刀具定位時間，減少空走刀的時間，提高生產效率。

實現本發明目的的技術解決方案為：

一種基于非接觸測量的大型結構件智能切削系統，包括檢測單元、控制通訊單元以及加工切削單元；

所述檢測單元包括三軸移動平臺、非接觸測量傳感器；所述非接觸測量傳感器固定在位姿調整機構上；所述位姿調整機構固定在三軸移動平臺上，所述三軸移動平臺上設有裝夾工件的移動平臺；所述非接觸測量傳感器用于對工件表面進行特征點掃描測量，得到三維坐標數據；

所述控制通訊單元包括系統控制主機、信號處理器、三軸移動平臺控制器；

所述系統控制主機通過總線與三軸移動平臺控制器、加工切削單元的CNC系統以及非接觸測量傳感器連接；所述三軸移動平臺控制器用于控制三軸移動平臺的移動和位姿調整機構的旋轉，三軸移動平臺和位姿調整機構的位姿信息通過三軸移動平臺控制器實時反饋給系統控制主機；所述非接觸測量傳感器與信號處理器相連，將測量得到的三維坐標數據傳輸到信號處理器生成工件表面特征點的三維坐標數字化模型；系統控制主機中對測得特征位置的坐標數據，對工件特征表面坐標數據與已有CAD模型對比，對已有的CAD模型進行修正，得到最終的實際待加工工件的CAD模型，生成在理論模型坐標系下的刀具定位及加工路徑方案，將方案傳輸到CNC系統，CNC系統進而控制各軸上的進給驅動裝置，完成刀具的定位及切削加工。

一種基于非接觸測量的大型結構件智能切削方法，包括以下步驟：

步驟S1：測量前，在數控機床以外，將工件裝夾在移動工作臺上，按照裝夾要求進行固定；將三軸移動平臺、位姿調整機構、非接觸測量傳感器裝配到初始位置，通過現場總線的方式將三軸移動平臺控制器、非接觸測量傳感器及信號處理器與控制系統連接，完成三軸移動平臺和三維激光掃描掃描儀的靜態標定；