弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法及系统技术方案

一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，包括进行型面检测，得到与外形面理论位置法向方向的偏差值；计算角度补偿值：根据局部坐标系下4个测点的位置和偏差值，计算角度补偿值；计算角度补偿后测点偏差值：根据角度补偿值和测点位置，计算角度补偿后8个测点的偏差值；偏差值检测：根据角度补偿后的偏差值，计算最大值和最小值范围是否能够满足公差带要求，超出公差带则报警；满足公差要求则继续计算刀长补偿值；计算刀长补偿值：计算角度补偿后的测点偏差值中值作为加工程序的刀长补偿值；下陷加工。本发明专利技术可实现大型弱刚性回转体壳段窗口特征自动化加工，可替代手工操作并保证机床连续加工，有效提高产品的质量稳定性和加工效率。量稳定性和加工效率。量稳定性和加工效率。

【技术实现步骤摘要】
弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法及系统


[0001]本专利技术涉及一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法及系统，属于机械加工


技术介绍

[0002]大型薄壁壳体外形一般为圆柱状或圆锥状，外形直径Φ1000～Φ2000mm不等，如图1a和1b所示。外形窗口特征一般为矩形或椭圆形，其中窗口下陷深度公差一般为
±
0.2mm以内，如图2所示。
[0003]窗口下陷加工工序为壳段外形车削精加工后，由于该类壳壳体属于薄壁弱刚性结构，精车后壳段圆度变形较大，一般在1.5mm～2.5mm左右，壳段产品局部变形导致下陷深度尺寸无法保证。
[0004]窗口下陷是壳段操作口盖的安装区域，如下陷深度无法保证，则会影响口盖安装后的气动外形。窗口下陷通过刀具刀轴垂直于加工面即法向加工的方式实现加工，如窗口下陷深度偏差能够满足公差带的要求，则调整刀长参数的方式即可实现加工。
[0005]现有加工方式需要在加工过程中操作人员对该特征进行了预加工，然后通过手动选取多个测量点进行了下陷深度测量，然后调整刀长参数进行加工，以保证深度公差。如外形面变形过大，导致下陷深度无法保证深度，则需要根据测量情况修改加工程序，然后重复执行预加工、测量等工步内容，存在以下问题：
[0006](1)手工操作环节过多，效率低下
[0007]窗口下陷加工过程需操作人员深度尺测量后，手动修改数控系统刀长参数实现加工，如公差无法保证，还需与编程人员沟通修改程序，加工过程手工操作环节过多，同时，以上操作均需停机完成，导致加工效率低下。
[0008](2)手工操作存在极大的质量隐患
[0009]加工过程手工操作环节过多，质量保证严重依赖操作人员的技能水平，一旦出错将会造成无法挽回的质量损失，具有较大的质量隐患。
[0010]以上问题严重制约了壳段产品的加工效率和质量保证，因此降低该特征加工过程对手工操作的依赖，提高自动化程度是目前急需解决的问题。

技术实现思路

[0011]本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，针对现有弱刚性回转体壳段窗口特征加工方法手工操作多、效率低、质量隐患大的问题，提供了一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，实现大型弱刚性回转体壳段窗口特征的自适应加工。
[0012]本专利技术的技术解决方案是：
[0013]一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，包括：
[0014]进行型面检测：确定测点位置和测点数量，采用3D测头，测量测点的实际位置，得到与外形面理论位置法向方向的偏差值δ
i
；
[0015]计算角度补偿值：根据局部坐标系下4个测点的位置和偏差值，计算角度补偿值；
[0016]计算角度补偿后测点偏差值：根据角度补偿值和测点位置，计算角度补偿后8个测点的偏差值；
[0017]偏差值检测：根据角度补偿后的偏差值，计算最大值和最小值范围是否能够满足公差带要求，如超出公差带，则报警暂停加工；如满足公差要求，则继续计算刀长补偿值；
[0018]计算刀长补偿值：根据角度补偿后的测点偏差值，计算其中值作为加工程序的刀长补偿值；
[0019]下陷加工：将角度补偿值和刀长补偿值写入数控系统，实现下陷深度的自适应加工。
[0020]进一步的，测点选择基于以下原则：
[0021]矩形窗口：测点选择为矩形下陷轮廓线各边中心点和四处拐角处点，共计8个点；
[0022]椭圆窗口：测点选择为椭圆下陷轮廓线长轴、短轴4个极点和极点间弧长均布的4点，共计8个点。
[0023]进一步的，根据测量测点的实际位置，得到与外形面理论位置法向方向的偏差值，具体为：
[0024]根据窗口类型的不同，通过3D测头依次测量8个测点的位置；
[0025]求差计算测点处实际位置与理论位置在外形面法向方向的偏差值δ
i
，i＝1,2,
…
,8。
[0026]进一步的，采用旋转加工的方式实现加工轨迹的重构，旋转方向分别为窗口母线方向和母线垂直方向。
[0027]进一步的，局部坐标系定义为：
[0028]坐标原点：坐标原点设置为操作窗口的对称中心，即矩形窗口为窗口中心，椭圆窗口为椭圆圆心；
[0029]坐标轴：其中母线方向设置为Y轴，原点处曲面法向设为Z轴，X轴根据直角坐标系原则确定。
[0030]进一步的，所述根据局部坐标系下4个测点的位置和偏差值，计算角度补偿值，具体为：
[0031]旋转角度补偿值θ
x
、θ
y
通过点P1～P4的外形偏差值计算，
[0032][0033]其中δ1～δ4是点P1～P4的外形偏差值，Y1、Y3、X2、X4分别是点P1～P4在局部坐标系下的坐标轴分量。
[0034]进一步的，计算角度补偿后测点偏差值，具体为：
[0035]δ
′
i
＝δ
i
‑
X
i
·
sinθ
y
+Y
i
·
sinθ
x
，i＝1,...,8
[0036]其中，δ
′
i
为角度补偿后的各点偏差值，X
i
、Y
i
是在测点在局部坐标系下的坐标轴分量。
[0037]进一步的，所述根据角度补偿后的测点偏差值，计算其中值作为加工程序的刀长
补偿值，具体为：
[0038][0039]其中，刀长补偿值为L
t
，δ
′
max
、δ
′
min
分别为角度补偿后的最大偏差值和最小偏差值。
[0040]进一步的，本专利技术还提出一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工系统，包括：
[0041]型面检测模块：确定测点位置和测点数量，采用3D测头，测量测点的实际位置，得到与外形面理论位置法向方向的偏差值δ
i
；
[0042]测点选择基于以下原则：
[0043]矩形窗口：测点选择为矩形下陷轮廓线各边中心点和四处拐角处点，共计8个点；
[0044]椭圆窗口：测点选择为椭圆下陷轮廓线长轴、短轴4个极点和极点间弧长均布的4点，共计8个点；
[0045]角度补偿值计算模块：根据局部坐标系下4个测点的位置和偏差值，计算角度补偿值；
[0046]局部坐标系定义为：
[0047]坐标原点：坐标原点设置为操作窗口的对称中心，即矩形窗口为窗口中心，椭圆窗口为椭圆圆心；
[0048]坐标轴：其中母线方向设置为Y轴，原点处曲面法向设为Z轴，X轴根据直角坐标系原则确定；
[0049]角度补偿后测点偏差值计算模块：根据角度补偿值和测点位置，计算角度补偿后8个测点的偏差值；
[0050]偏差本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于包括：进行型面检测：确定测点位置和测点数量，采用3D测头，测量测点的实际位置，得到与外形面理论位置法向方向的偏差值δ
i
；计算角度补偿值：根据局部坐标系下4个测点的位置和偏差值，计算角度补偿值；计算角度补偿后测点偏差值：根据角度补偿值和测点位置，计算角度补偿后8个测点的偏差值；偏差值检测：根据角度补偿后的偏差值，计算最大值和最小值范围是否能够满足公差带要求，如超出公差带，则报警暂停加工；如满足公差要求，则继续计算刀长补偿值；计算刀长补偿值：根据角度补偿后的测点偏差值，计算其中值作为加工程序的刀长补偿值；下陷加工：将角度补偿值和刀长补偿值写入数控系统，实现下陷深度的自适应加工。2.根据权利要求1所述的一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于：测点选择基于以下原则：矩形窗口：测点选择为矩形下陷轮廓线各边中心点和四处拐角处点，共计8个点；椭圆窗口：测点选择为椭圆下陷轮廓线长轴、短轴4个极点和极点间弧长均布的4点，共计8个点。3.根据权利要求2所述的一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于：根据测量测点的实际位置，得到与外形面理论位置法向方向的偏差值，具体为：根据窗口类型的不同，通过3D测头依次测量8个测点的位置；求差计算测点处实际位置与理论位置在外形面法向方向的偏差值δ
i
，i＝1,2,
…
,8。4.根据权利要求1所述的一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于：采用局部坐标系旋转加工的方式实现加工轨迹的重构，旋转方向分别为窗口母线方向和母线垂直方向。5.根据权利要求1所述的一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于：局部坐标系定义为：坐标原点：坐标原点设置为操作窗口的对称中心，即矩形窗口为窗口中心，椭圆窗口为椭圆圆心；坐标轴：其中母线方向设置为Y轴，原点处曲面法向设为Z轴，X轴根据直角坐标系原则确定。6.根据权利要求1所述的一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于：所述根据局部坐标系下4个测点的位置和偏差值，计算角度补偿值，具体为：旋转角度补偿值θ
x
、θ
y
通过点P1～P4的外形偏差值计算，其中δ1～δ4是点P1～P4的外形偏差值，Y1、Y3、X2、X4分别是点P1～P4在局部坐标系下的坐标轴分量。
7.根据权利要求6所述的一种弱刚性回转体壳段窗口特征在线测量补偿加工方法，其特征在于：计算角度补偿后测点偏差值，具体为：δ
′
i
＝δ
i
‑
X
i
·
sinθ
y
+Y
i
·
sinθ
x
，i＝1,...,8其中，δ
′
i
为角度补偿后的各点偏差值，X
i
、Y
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，贾浩洲，张东东，李强，李军，周振京，和骁，孙长征，杨春月，焉嵩，陈文婷，王维暄，杜娟，陈济轮，李玲辉，刘德，侯亚娟，赵洪杰，刘争，史海军，李小霞，滕天馨，
申请(专利权)人：首都航天机械有限公司，
类型：发明
国别省市：