[發明專利]一種基于坐標原點平移的復雜構件加工剩余壁厚自適應補償方法

有效

• 申請號: 202111243839.4
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN114001683B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 劉海波;鄧平;高斯佳;呂佳芮;薄其樂;劉爭;王永青
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B15/02
• 分類號: G01B15/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發明公開了一種基于坐標原點平移的復雜構件加工剩余壁厚自適應補償方法，屬于測量?加工一體化技術領域。該方法是在具有開放式的數控平臺上，利用超聲測厚裝置測得的構件壁厚數據，重新建立剩余壁厚關聯的加工目標曲面，完成包容性分析，進行坐標原點平移量解算，通過加工代碼原點修正完成加工補償。本發明克服了現有剩余壁厚補償方法的不足，滿足復雜構件剩余壁厚、輪廓度同時約束的加工要求，提高了加工精度，減小勞動強度，實現復雜構件加工剩余壁厚自適應補償。

技術領域

本發明屬于測量-加工一體化技術領域，具體涉及一種基于坐標原點平移的復雜構件加工剩余壁厚自適應補償方法。

背景技術

復雜構件是航空航天等領域重大裝備上的典型件，如艙段構件等，其加工后的零件剩余壁厚須滿足等壁厚或按一定規律變壁厚的加工要求，且剩余壁厚往往是此類構件加工的核心要求。然而在實際機械加工過程中，某些復雜構件受結構等因素影響，半精加工后只能對外表面進行機械加工，其外表面是逼近設計模型的理想形面；而工件的內表面是鑄造形面，未經過機械加工，實際的內輪廓與理想形面偏差較大。若按照工件設計模型的坐標原點進行加工，工件剩余壁厚無法滿足精度要求。為此，復雜構件加工剩余壁厚補償方法已成為制約復雜構件加工并亟待突破的關鍵問題之一。

天津航天長征火箭制造有限公司在發明專利“一種大型薄壁蒙皮自適應等壁厚銑削系統及其加工方法”，CN104289748A中公開一種大型薄壁蒙皮自適應等壁厚銑削系統及其加工方法；大連理工大學在發明專利“一種大型薄壁筒件數字化減薄加工方法”，CN111195830A中公開一種大型薄壁筒件數字化減薄加工方法。然而，上述這兩種方法均無法滿足零件輪廓和剩余壁厚同時保證的雙重約束加工要求。

上述研究均未提及一種基于坐標原點平移的復雜構件加工剩余壁厚自適應補償方法。

發明內容

本發明主要解決的技術難題是克服現有剩余壁厚補償方法的不足，面向復雜構件剩余壁厚、輪廓度同時約束的加工要求，提供了一種基于坐標原點平移的復雜構件加工剩余壁厚自適應補償方法。該方法是在具有開放式的數控平臺上，利用超聲測厚裝置測得的構件壁厚數據，重新建立剩余壁厚關聯的加工目標曲面，完成包容性分析，進行坐標原點平移量解算，通過加工代碼原點修正完成加工補償。本發明可提高加工精度，減小勞動強度，實現復雜構件加工剩余壁厚自適應補償。

本發明所采用技術方案為：

一種基于坐標原點平移的復雜構件加工剩余壁厚自適應補償方法，該方法首先將超聲測厚裝置固定在機床主軸上，獲取構件外廓測點坐標和對應點壁厚數據；其次，生成工件壁厚模型，根據要求的壁厚計算實際目標曲面，將實際目標曲面與待加工目標曲面進行點云匹配，建立剩余壁厚關聯的加工目標曲面；再次，通過計算待加工目標曲面中心與原始坐標中心的位置平移量完成修調量解算；最后，根據平移量進行加工代碼補償修正。具體步驟如下：

第一步，構件毛坯壁厚在機獲取

超聲測厚裝置1由刀柄2進行夾持；刀柄2裝于機床主軸3上；所述超聲測厚裝置1通過超聲線纜4與計算機5進行連接，沿軌跡a掃描測量；計算機5實時完成對超聲測厚裝置1所得信號的處理，獲取刀柄2所在機床坐標系測點坐標數據P＝{P_j(x_j,y_j,z_j)，j∈[1,n]}及測點處毛坯壁厚數據H＝{h_j,j∈[1,n]}。其中，P_j表示第j個測點坐標；h_j表示P_j對應點處毛坯壁厚，n為刀柄2所在機床坐標系所有測點個數。

第二步，加工余量包容性分析