一种喷管分流孔自动加工方法技术

本发明专利技术提供了一种喷管分流孔自动加工方法，属于喷管加工技术领域。在该方法中，首先，采用激光传感器对喷管工件进行周向测量；其次，通过对测得的数据进行处理，辨识出分流孔的C轴坐标并计算出筋的相对高度；再次，计算各分流孔的法向矢量，即分流孔的B轴坐标值；最后自动生成加工程序，使用立铣刀完成分流孔的加工过程。本发明专利技术能够精准自动辨识分流孔的周向位置、法向矢量，无须人工定位，降低了劳动强度，大幅提高了分流孔加工的自动化程度；精确控制加工深度，有效提高了分流孔加工的精度；操作简单直接，相较于现有的加工方法，加工效率有显著提高。

【技术实现步骤摘要】
一种喷管分流孔自动加工方法
本专利技术属于喷管加工
，特别涉及一种喷管分流孔自动加工方法。
技术介绍
火箭喷管内壁经过铣削加工后，形成了密布的导流槽和加强筋，为使相邻的导流槽沟通，需在相邻导流槽之间的筋上加工出一排非整圆沉孔，也就是分流孔。由于喷管内壁属于大型薄壁件，工件装夹后变形量大，使用数控机床对分流孔进行加工时，无法准确定位筋的周向实际位置，致使分流孔的位置出现偏差，不仅难以满足分流孔的位置精度，而且容易挫伤相邻的筋，使整个内壁工件报废。此外，由于工件涨形等原因，工件廓形呈现高低起伏，各分流孔的加工深度也难以控制，法向矢量难以确定，这些都使得分流孔自动加工十分困难。目前的加工方法采用人工进行定位，即在各分流孔的位置上加以标记，然后使用摇臂钻床上按标记位置完成分流孔加工，该过程属于半自动化过程，费时费力，且加工的一致性差，加工精度和效率都难以保证，因此急需一种高效的自动化分流孔加工方法，能够精准定位分流孔的位置，精确控制铣削深度，自动完成整个加工过程。2009年大连理工大学在专利201810229225.9中公开了一种液体火箭发动机喷管冷却通道立式加工方法，利用点激光传感器进行外廓测量，经过数据处理拟合工件实际面形，自动生成数控程序，完成加工过程，然而该方法针对的是光滑曲面的加工方法，并没有提及复杂面形特征情况下的精确定位加工方法。2014年首都航天机械公司在专利201410682136.5中公开了一种薄壁筒段局部定位与洁净钻孔装置与方法，将激光位移传感器固定安装板上，激光传感器可将测量数据反馈到数控系统中，通过激光传感器示数的变化感知钻孔的进刀深度，其加工方法能够提高钻孔的形状精度，然而并不能提高钻孔的位置精度，且加工效率不够高。然而上述专利均未提及一种喷管分流孔自动加工方法。
技术实现思路
为解决现有方法存在的问题，考虑分流孔自动化加工的需求，本专利技术提供了一种喷管分流孔自动加工方法。本专利技术采用了激光位移传感器对工件进行自动扫描测量，完成了对工件实际面形的感知；能够精准辨识分流孔加工位置以及法向矢量，精确控制分流孔加工的深度；自动生成加工程序，高效地完成分流孔的加工过程，保证了分流孔加工的位置精度和形状精度，满足了分流孔自动化加工的需求。本专利技术采用的技术方案是：一种喷管分流孔自动加工方法，首先，安装激光传感器，并找正激光传感器的位置；其次，装夹工件，使用激光传感器对工件进行周向扫描测量；接下来通过对测得的数据进行处理，辨识出分流孔的C轴坐标并计算出筋的相对高度；下一步，计算各分流孔的法向矢量，即分流孔的B轴坐标值；最后自动生成加工程序，使用立铣刀完成分流孔的加工。具体包括以下步骤：第一步，安装激光传感器首先将激光传感器4通过螺钉2安装在传感器支架3上，然后将传感器支架3与激光传感器4组成的部件安装机床的主轴箱1上。为了能够精准辨识分流孔的周向位置，需要保证激光传感器4发射的激光线与机床的主轴轴线在一个竖直的平面内。为了保证该位置关系，通过调整激光传感器4与传感器支架3、传感器支架3与主轴箱1的相对位置来找正激光传感器4的位置。第二步，装夹工件，并对工件进行周向扫描测量将工件6套装在转接工装8上，再将二者吊装在转台9上，并使转接工装8的回转轴线与转台9的回转轴线重合，然后用端盖5将工件6压紧。接下来开始测量过程，转台9带动工件6匀速旋转，在此过程中实时地采集激光传感器4所测得的其到工件6的距离值以及数控机床X、Z、A、C轴的坐标，其中X轴方向为沿转台9的径向方向，Z轴方向为沿转台平面的法线方向，A轴方向与X轴方向存在一个夹角，夹角的大小为B轴的倾角，C轴方向为转台的周向方向。在工件6旋转一周后测得M个数据点，共N条筋；调整Z轴方向的位置，重复4次上述的测量过程，测得数据集为Ωj＝{Pj,i(dj,i,xj,i,zj,i,aj,i,cj,i)|i∈M}，其中Ωj为第j次测量过程中获得的数据，j∈{1,2,3,4}；Pj,i代表激光传感器在第j次测量过程中第i个测点；dj,i为测点Pj,i对应的距离值；xj,i、zj,i、aj,i、cj,i分别为测点Pj,i对应的X、Z、A、C轴的坐标值。第三步，辨识分流孔的C轴位置，并计算筋的相对高度采用阈值法辨识分流孔的C轴的坐标，即在数据集Ω1中的一个邻域L1(P1,i,M/4N)内，寻找一个筋高度的最大值，以该数值的0.8倍作为阈值δ，在L1内数据点P1,i对应的距离值d1,i满足d1,i≥δ构成了集D1＝{d1,i≥δ|P1,i∈L1}；将测距集D1中的距离值以测量的先后顺序排列，然后取中间位置数据点P1,m对应的C轴坐标c1,m作为该分流孔的C轴位置，在集合Ω2,Ω3,Ω4中具有相同C轴坐标的数据点分别为P2,m,P3,m,P4,m，第一条筋的高度为d0，而P1,m点的筋高是集合D1内数据的平均值di,m，筋的相对高度为Δdi＝d1,m-d0。接下来跳转至下一个邻域L2(P1,m+M/N,M/4N)，跳转的步长为M/N，重复上述过程，直到完成所有筋的识别。第四步，计算分流孔加工的B轴倾角在测量过程中B轴的倾角为α，为了方便对B轴倾角的计算，以P1,m为原点建立一个XO1Z坐标系，方向与机床X、Z轴方向相同，将激光传感器4测得的距离值与A轴坐标值向X、Z轴投影转化，C轴坐标值不参与运算，通过公式(1)将数据点{Pj,m(dj,m,xj,m,zj,m,aj,m,cj,m)|j∈1,2,3,4}转化得到{Pj,m′(xj,m′,zj,m′)|j∈1,2,3,4}。将数据点P1,m′,P2,m′,P3,m′,P4,m′使用3次B样条曲线进行拟合，拟合后通过求导得到分流孔所在位置P1,m′点的斜率，然后求得该点的法向矢量，即分流孔的B轴倾角β，如公式(2)所示。其中，Pk为控制点，uk为节点。第五步，自动生成加工程序，完成制孔加工过程在第一个分流孔所在的位置建立一个工件坐标系，各轴方向与机床坐标系相同；在该坐标系下，自动生成数控加工程序。所述的数控加工程序主要工作过程为：首先快速退刀到安全距离，然后控制转台运动，运动的角度是由数据处理辨识的分流孔C轴角度值；接下来控制B轴运动，运动的角度同样是数据处理后分流孔的B轴角度值；然后控制A轴运动开始进刀，分流孔的深度要求为h，则在该工件坐标系下各分流孔相对进刀深度为h-Δdi，在达到指定深度后保持一定的时长，快速退刀，完成一个分流孔的加工过程后，转台旋转至下一个分流孔上方，重复进刀-保持-退刀-转台分度运动过程，直至加工完所有的分流孔。本专利技术的有益效果是：本专利技术采用激光传感器感知工件的实际形貌，通过对采集的激光传感器测距值和机床坐标值进行数据处理，能够精确识别出分流孔的周向位置以及法向矢量，精准控制分流孔深度。根据数据处理的结果能够自动生成能够适应工件实际面形的加工程序，并完成分流孔的加工过程，很好地保证了分流孔的位置精度和形状精度，整个过程操作简单，有效地提高了分流孔加工的自动化程度、加工精度和效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种喷管分流孔自动加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n第一步，安装激光传感器/n首先将激光传感器(4)安装在传感器支架(3)上，然后将传感器支架(3)与激光传感器(4)组成的部件安装机床的主轴箱(1)上；为了保证激光传感器(4)发射的激光线与机床的主轴轴线在一个竖直的平面内，通过调整激光传感器(4)与传感器支架(3)、传感器支架(3)与主轴箱(1)的相对位置来找正激光传感器(4)的位置；/n第二步，装夹工件，并对工件进行周向扫描测量/n将工件(6)套装在转接工装(8)上，再将二者吊装在转台(9)上，并使转接工装(8)的回转轴线与转台(9)的回转轴线重合，然后用端盖(5)将工件(6)压紧；/n接下来开始测量过程，转台(9)带动工件(6)匀速旋转，在此过程中实时地采集激光传感器(4)所测得的其到工件(6)的距离值以及数控机床X、Z、A、C轴的坐标，其中X轴方向为沿转台的径向方向，Z轴方向为沿转台平面的法线方向，A轴方向与X轴方向存在一个夹角，夹角的大小为B轴的倾角，C轴方向为转台的周向方向；在工件(6)旋转一周后测得M个数据点，共N条筋；调整Z轴方向的位置，重复4次上述测量过程，测得数据集为Ω...

【技术特征摘要】
1.一种喷管分流孔自动加工方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步，安装激光传感器
首先将激光传感器(4)安装在传感器支架(3)上，然后将传感器支架(3)与激光传感器(4)组成的部件安装机床的主轴箱(1)上；为了保证激光传感器(4)发射的激光线与机床的主轴轴线在一个竖直的平面内，通过调整激光传感器(4)与传感器支架(3)、传感器支架(3)与主轴箱(1)的相对位置来找正激光传感器(4)的位置；
第二步，装夹工件，并对工件进行周向扫描测量
将工件(6)套装在转接工装(8)上，再将二者吊装在转台(9)上，并使转接工装(8)的回转轴线与转台(9)的回转轴线重合，然后用端盖(5)将工件(6)压紧；
接下来开始测量过程，转台(9)带动工件(6)匀速旋转，在此过程中实时地采集激光传感器(4)所测得的其到工件(6)的距离值以及数控机床X、Z、A、C轴的坐标，其中X轴方向为沿转台的径向方向，Z轴方向为沿转台平面的法线方向，A轴方向与X轴方向存在一个夹角，夹角的大小为B轴的倾角，C轴方向为转台的周向方向；在工件(6)旋转一周后测得M个数据点，共N条筋；调整Z轴方向的位置，重复4次上述测量过程，测得数据集为Ωj＝{Pj,i(dj,i,xj,i,zj,i,aj,i,cj,i)|i∈M}，其中Ωj为第j次测量过程中获得的数据，j∈{1,2,3,4}；Pj,i代表激光传感器在第j次测量过程中第i个测点；dj,i为测点Pj,i对应的距离值；xj,i、zj,i、aj,i、cj,i分别为测点Pj,i对应的X、Z、A、C轴的坐标值；
第三步，辨识分流孔的C轴位置，并计算筋的相对高度
采用阈值法辨识分流孔的C轴的坐标，即在数据集Ω1中的一个邻域L1(P1,i,M/4N)内，寻找一个筋高度的最大值，以该数值的0.8倍作为阈值δ，在L1内数据点P1,i对应的距离值d1,i满足d1,i≥δ构成了集D1＝{d1,i≥δ|P1,i∈L1}；将测距集D1中的距离值以测量的先后顺序排列，然后取中间位置数据点P1,m对应的C轴坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，薄其乐，刘宝良，李双吉，柴兴亮，马胜，李旭，王永青，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21