一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置与基准对齐方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置与基准对齐方法，柔性支撑装置包括外方箱、中间立柱、环形支撑板和内支撑组件，其中：所述外方箱与中间立柱按照等角度均布放置于机床平面；所述环形支撑板安装在外方箱顶面；在所述环形支撑板上安装内支撑组件，内支撑组件的顶端放置在中间立柱顶面。本发明专利技术的柔性支撑装置具有大型薄壁球面件的变形毛坯大端校形、提升整体刚性、柔性支撑变型内形面的作用，大大提高了加工的可靠性；通过柔性支撑工装的内外基准，采用非接触激光扫描数据完成坐标系基准对齐，实现了内形面基准重构与加工坐标系拟合，该方法精度高，提供了数控加工模型，实现了化铣工艺替代为整体数控加工。实现了化铣工艺替代为整体数控加工。实现了化铣工艺替代为整体数控加工。

【技术实现步骤摘要】
一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置与基准对齐方法


[0001]本专利技术涉及数控加工领域，具体涉及一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置与基准对齐方法。

技术介绍

[0002]新型航空航天飞行器朝着满足极端环境下使用、高可靠性的方向发展，一种轻质化、高强度的整体大型薄壁球面件属于关键部件，为了满足产品的高性能指标，该类结构件替代了以往拼接装焊的方式，采用整体旋压/铸造等一体化成型方式，同时完成热处理满足高力学性能要求，随后完成外球面各类复杂特征的大余量去除整体加工，满足以非加工内形面为基准下外球面的各特征尺寸精度。然而，采用整体成型与热处理工艺，毛坯整体应力分布极其复杂，内形面基准变化复杂且无规律，球面结构刚强度极高无法采用传统工装校形与真空吸附等完成贴模，且后续进行外球面特征加工，去除余量大，加工中应力平衡进一步破坏，变形难以控制。因结构与工艺性的特点，目前大型薄壁球面件的加工主要通过工人以手持式样板完成型面比对，后通过划线确定基准，采用多次化学铣削逐层进行外球面特征加工，该过程需要对每一层加工情况进行检测比对，手动调整化铣参数，该方法的表面质量与整体重量难以控制，往往需要依靠大量人工打磨，工作量大，制造周期长，精度难保证，同时化铣工艺对环境污染大，不适用于未来面向大批量制造的模式。为了满足该类大型薄壁球面件整体高效、高精度加工的需求，亟待提供一种兼容不同变型毛坯的大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置、内型面基准测量与基准对齐的方法，满足后续大型薄壁球面件外球面特征整体数控加工的要求。
[0003]经检索对比，目前行业内针对大型薄壁件的整体加工中，主要通过设计各类内撑装置或真空吸附装置，实现形面校正后采用设计模型加工，而本专利技术所研究的大型薄壁球面件不同于各类筒段、蒙皮结构，因结构总体刚强度高，同时零件整体成型应力水平复杂，无法实现完全校形支撑与真空吸附。因产品结构特点，常用的外轮廓测量，保证外轮廓剩余壁厚的方法又难以运用在本专利技术的大型薄壁球面件内形面特征测量中，目前主要采用人工化铣工艺进行制造。目前研究尚未提及面向内形面变形后的大型薄壁球面件柔性支撑方案与外球面特征数控加工的方法。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术针对整体成型后的大型薄壁球面件外球面大余量去除及特征加工，提供了适用于通用数控设备下的一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置与基准对齐方法，用于满足成型与热处理工序后的变形内形面柔性可调支撑、内形面基准测量与数控加工坐标对齐匹配，该方法可满足数控加工的要求，替代传统化铣工艺。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，包括外方箱、中间立柱、环形支撑板和内支撑组件，其中：
所述外方箱与中间立柱按照等角度均布放置于机床平面；所述环形支撑板安装在外方箱顶面；在所述环形支撑板上安装内支撑组件，内支撑组件的顶端放置在中间立柱顶面。
[0006]本专利技术还提供了一种大型薄壁球面件加工的基准对齐方法，包括如下步骤：步骤一、将工件毛坯稳定安装于柔性支撑装置上；步骤二、采集柔性支撑状态下工件毛坯的内形面数据：以非接触式激光扫描，完成工件毛坯内形面每一纵筋条间隔内区域的数据采集，测量路径从小端至大端，最后完成内部扫描特征基准的扫描；步骤三、建立工件毛坯的整体内形面模型及内部扫描基准坐标系；步骤四、完成内部扫描基准坐标系与外部坐标系基准对齐；步骤五、重构模型在柔性支撑装置上的加工。
[0007]与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为大型薄壁球面件采用整体数控铣削完成外球面加工。零件整体成型与热处理后内形面基准变形复杂且不规律，无法采用设计模型完成数控加工，同时零件结构属于大型薄壁件，外球面大余量去除与特征加工极易发生颤振及变形。本专利技术的方法，设计了一种适应内形面变形的柔性支撑装置，装置主要包括内支撑组件、方箱组件、顶部圆压板组件、环形支撑组件，外圈压紧环组件。首先将工装放置于外方箱上，采用雷尼绍探头完成环形支撑板外部基准特征检测，以此完成加工坐标系建立；放置工件毛坯，完成小端顶部圆压板支撑装夹；工件毛坯大端采用外圈压紧环，通过带自锁功能的弧形小压块实现大端局部校形与装夹固定；在内支撑工装上，采用特制球面螺钉与非金属贴合层弧板完成内形面柔性支撑，实现工件整体立式装夹；环形支撑板位具有外部与内部扫描特征基准，采用非接触式激光测量，以连续并分区域方式，完成不同内形面与内部特征基准的测量，获得点云数据；完成点云数据处理与内形面拟合，提取内部扫描特征基准，以环形支撑板内部扫描特征基准与外部基准的几何关系，采用最佳拟合方式，完成测量模型与加工坐标系的对齐匹配，获得可用于数控加工要求的内形面与坐标系模型；最后通过数控铣削完成大型薄壁球面件的外球面特征加工。
[0008]本专利技术设计一种柔性支撑装置，具有大型薄壁球面件的变形毛坯大端校形、提升整体刚性、柔性支撑变型内形面的作用，大大提高了加工的可靠性；具有装夹后外部机床探测特征、内形激光扫描基准特征；具有适应不同母线高度的外圈压紧结构，进一步提升了装置兼容性；通过柔性支撑工装的内外基准，采用非接触激光扫描数据完成坐标系基准对齐，实现了内形面基准重构与加工坐标系拟合，该方法精度高，提供了数控加工模型，实现了化铣工艺替代为整体数控加工。
附图说明
[0009]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术的柔性支撑装置与毛坯示意图；图2位本专利技术的外方箱示意图；图3为本专利技术的内支撑组件示意图；图4位本专利技术的中间立柱示意图；
图5本专利技术的顶部圆压板示意图。
[0010]图6为本专利技术的环形支撑板示意图；图7本专利技术的弧形小压块示意图；图8本专利技术的外圈压紧环示意图；图9本专利技术的坐标系建立示意图。
具体实施方式
[0011]本专利技术提供了一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，如图1所示，包括：机床平面1、外方箱2、内支撑组件3、毛坯4、中间立柱5、顶部圆压板6、定位销7、环形支撑板8、弧形小压块9、外圈压紧环10、顶部连接螺钉11等；其中：所述外方箱2的结构如图2所示，包括：外方箱顶面2
‑
1，用于放置环形支撑板，提供整个工装系统承重，要求安装后平面度不大于0.05mm；外方箱顶面安装孔2
‑
2，用于外方箱与环形支撑板的安装，每个外方箱上布置2个安装孔；外方箱底面2
‑
3，用于放置在机床平面上。
[0012]所述中间立柱5的结构如图4所示，包括：中间立柱顶面5
‑
1，为内支撑组件小端的安装面，要求平面度不大于0.05mm；中间立柱底面5
‑
2，用于放置在机床平面上。
[0013]外方箱2和中间立柱5组成方箱组件；顶部圆压板6和顶部连接螺钉11组成顶部圆压板组件；定位销7和环形支撑板8组成环形支撑组件；弧形小压块9和外圈压紧环10组成外圈压紧环组件。
[0014]所述内支撑组件3的结构如图3所示，包括：纵筋支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，其特征在于：包括外方箱、中间立柱、环形支撑板和内支撑组件，其中：所述外方箱与中间立柱按照等角度均布放置于机床平面；所述环形支撑板安装在外方箱顶面；在所述环形支撑板上安装内支撑组件，内支撑组件的顶端放置在中间立柱顶面。2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，其特征在于：所述环形支撑板包括内部扫描特征基准、定位销孔、外部扫描特征基准、螺钉孔、上安装面和下安装面；所述内支撑组件包括纵筋支撑区、顶部安装面、横筋支撑区、底筋安装面和大端安装区；所述底筋安装面、大端安装区与环形支撑板上安装面通过定位销与定位销孔配合完成定位，通过螺接完成内支撑组件与环形支撑板的安装。3.根据权利要求2所述的一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，其特征在于：在对工件毛坯进行支撑和装夹时，将工件毛坯放置在所述环形支撑板上，利用顶部圆压板使工件毛坯与内支撑组件的顶部安装面接触，并利用连接螺钉完成工件毛坯小端区域压紧。4.根据权利要求3所述的一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，其特征在于：在所述环形支撑板上安装外圈压紧环，并进行螺接固定。5.根据权利要求4所述的一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，其特征在于：在所述外圈压紧环内部周向采用弧形小压块，通过周向螺钉施加顶紧力，结合环形支撑板上安装面上的刻线位置，在弧形小压块作用下完成工件毛坯外形大端的局部校形与固定。6.根据权利要求3所述的一种大型薄壁球面件加工的柔性支撑装置，其特征在于：在内支撑组件的纵筋支撑区与横筋支撑区采用不同厚度且与内支撑筋条弧度一致的非金属贴合层，在内部区域采用球头螺钉实现非金属贴合层与工件毛坯内形面贴合。7.一种利用权利要求1至6任一所述柔性支撑装置进行大型薄壁球面件加工的基准对齐...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟涵，陈勇，林磊，沈勇，杨帆，焦京俊，裴利程，余杭卓，岳韬，贺飞飞，蔡奇彧，
申请(专利权)人：四川航天长征装备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：