基于光学制造技术

本发明专利技术公开了一种基于光学

【技术实现步骤摘要】
基于光学CCD的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置和方法


[0001]本专利技术属于微细加工
，尤其涉及一种基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置和方法
。

技术介绍

[0002]微细制造技术是二十世纪七十年代开始才逐步发展起来的前沿
、
交叉性新兴学科领域，是当前机械制造科学与
的前沿和热点
。
微细加工技术减小了整个制造系统以及零件的尺寸规模，既可以节省能源又可以节省制造空间和资源，符合节能
、
环保的生产模式，是绿色制造的发展方向之一，是衡量一个国家制造技术水平的重要标志
。
微细制造加工的微小型化零件的尺寸范围为
0.1
～
10mm
，几何特征尺寸范围为
0.01
～
1mm。
超声强化作为一种新兴的表面改性延寿技术，依靠某种形式的滚压
/
挤压工具头给零部件的表面施加特定周期和频次的压力，促进金属表面产生塑性变形并形成纳米晶层，降低工件表面的微观不平度，改善工件材料表面残余应力和性能
。
[0003]在超声铣削
‑
强化钛合金微槽时，微槽的宽度会因材料的弹性变形易导致最终尺寸不符合使用要求
。
一般都是通过先加工出一系列微槽，然后将工件离机测量其形状
、
位置及尺寸参数，再经过分析计算确定实际加工参数下的误差补偿策略，尤其是对金属材料的铣削
‑
强化工艺链而言
。
该流程存在以下问题：针对一种工件材料的加工，例如钛合金
、
不锈钢等，不能及时确定需要的补偿量，操作步骤较为繁琐，效率低，会导致在复位工件位置的过程中，造成工件位置发生偏移，不利于工件的多结构高效高精度加工
。
即使有人提出采用
CCD
相机进行拍摄，但是由于机床和
CCD
相机尚没有配套使用的夹具，导致使用
CCD
相机测量时会造成图片清晰度较差和精度较差，测量位置也难以确保一致
。
如何兼顾结构件的拆装难度和加工检测精度需求，建立基于在位检测误差补偿的微槽高效精密加工是目前亟需解决的技术问题
。

技术实现思路

[0004]解决的技术问题：本专利技术提出了一种基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置和方法，采用独有的工件专用夹具和
CCD
专用夹具分别对工件和
CCD
相机的位置进行限定，同时兼顾了拆装难度和加工效率及检测精度需求；另外，在超声铣削
‑
强化工艺链过程中，采用
CCD
相机对工件上的微槽进行垂直拍摄检测，结合图像快速分析得到工件弹性变形量和加工力的对应关系，对加工宽度进行高效在线补偿，有效提高了生产效率和加工精度
。
[0005]技术方案：
[0006]一种基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，所述微槽超声铣削
‑
强化工艺链在线补偿装置包括转接板
、
工件专用夹具
、CCD
专用安装装置
、
加工控制系统
、
测力仪和在线补偿计算系统；
[0007]所述工件专用夹具固定在转接板上表面，工件安装在工件专用夹具上，加工控制系统根据外部控制指令对刀具进行控制，令刀具移近或移离工件，并在移近时在工件上加
工出多个微槽；
[0008]所述测力仪用于实时监测工件加工过程中的切削力和强化力并采集数据；
[0009]所述
CCD
专用安装装置可拆卸地安装在转接板上表面，用于夹持
CCD
相机并使
CCD
相机的镜头固定在工件正上方；
[0010]所述在线补偿计算系统接收
CCD
相机拍摄的多张微槽图像和测力仪采集到的工具的切削力和挤压力，将图像上的微槽宽度与标尺进行测量比较，获取微槽未经补偿时的真实宽度，同时拟合得到超声铣削力和挤压强化力曲线，计算得到力的平均值，建立加工过程力与微槽实际尺寸之间的对应关系；再结合输入的微槽宽度标准值计算得到微槽加工时不同力曲线工况下的工件变形量，根据工件变形量计算得到不同超声铣削力和侧壁强化力曲线工况下的微槽宽度补偿量：
[0011]所述加工控制系统结合微槽宽度补偿量调整工件加工程序，对微槽进行误差补偿加工
。
[0012]进一步地，所述工件专用夹具包括底座
、
第一螺钉
、
垫片和顶盖；
[0013]所述转接板中间的待加工区域上设置有若干个第一通孔，第一螺钉依次穿过底座和第一通孔以将底座固定在转接板上，底座的直径大于工件直径，工件承托在底座上表面；所述垫片和顶盖依次覆盖在工件上方，垫片和顶盖中心的通孔直径大于工件加工区域直径且小于工件最大直径，使工件受力均匀地固定在底座上
。
[0014]进一步地，所述
CCD
专用夹具包括三个底柱
、
三角升降台
、
弹性夹环和三个手拧螺钉；所述三个底柱均呈圆柱体，垂直安装在转接板上表面，环绕工件专用夹具布置；所述三角升降台的三个顶端各自固定有一个套筒，套筒的延伸方向与三角升降台的横截面垂直，套筒的内径与底柱外径
(
例如
Φ
10mm)
相匹配，使三个套筒分别套设在三个底柱上时，三角升降台限定为与转接板平行；三个手拧螺钉分别安装在三个套筒侧壁的通孔上，用于将三角升降台固定在底柱上；弹性夹环固定在三角升降台内部镂空处，用于安装固定
CCD
相机并确保
CCD
相机的镜头在工件正上方
。
[0015]进一步地，所述弹性夹环包括固定部和夹持部；固定部呈凹槽状，凹槽宽度与三角升降台的厚度相当，使固定部可以卡接在三角升降台外侧；凹槽的两个侧壁上设置有第三通孔，三角升降台上设置有第二通孔，第二螺钉依次穿过第三通孔和第二通孔，将弹性夹环水平固定在三角升降台上
。
[0016]进一步地，所述夹持部远离固定部的两个端部分别设置有一延伸部，延伸部上设置有第三通孔；螺钉穿过第三通孔与手拧螺母连接，手拧螺母在外力作用下旋转，以调整夹持部施加在
CCD
相机上的夹紧力
。
[0017]进一步地，所述夹持部内侧安装有橡胶垫圈
。
[0018]进一步地，所述在线补偿计算系统包括工件变形量计算组件和微槽宽度补偿量计算组件；
[0019]所述工件变形量计算组件结合输入的微槽宽度标准值
L
和微槽未经补偿时的真实宽度
L1对微槽加工时的工件变形率
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，其特征在于，所述微槽铣削
‑
强化误差补偿装置包括转接板
、
工件专用夹具
、CCD
专用安装装置
、
加工控制系统
、
测力仪和在线补偿计算系统；所述工件专用夹具固定在转接板上表面，工件安装在工件专用夹具上，加工控制系统根据外部控制指令对刀具进行控制，令刀具移近或移离工件，并在移近时在工件上加工出多个微槽；所述测力仪用于实时监测工件加工过程中的切削力并采集数据；所述
CCD
专用安装装置可拆卸地安装在转接板上表面，用于夹持
CCD
相机并使
CCD
相机的镜头固定在工件正上方；所述在线补偿计算系统接收
CCD
相机拍摄的多张微槽图像和测力仪采集到的工具的切削力和挤压力，将图像上的微槽宽度与标尺进行测量比较，获取微槽未经补偿时的真实宽度，同时拟合得到超声铣削力和挤压强化力曲线，计算得到力的平均值，建立加工过程力与微槽实际尺寸之间的对应关系；再结合输入的微槽宽度标准值计算得到微槽加工时不同力曲线工况下的工件变形量，根据工件变形量计算得到不同超声铣削力和侧壁强化力曲线工况下的微槽宽度补偿量：所述加工控制系统结合微槽宽度补偿量调整工件加工程序，对微槽进行误差补偿加工
。2.
根据权利要求1所述的基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，其特征在于，所述工件专用夹具包括底座
、
第一螺钉
、
垫片和顶盖；所述转接板中间的待加工区域上设置有若干个第一通孔，第一螺钉依次穿过底座和第一通孔以将底座固定在转接板上，底座的直径大于工件直径，工件承托在底座上表面；所述垫片和顶盖依次覆盖在工件上方，垫片和顶盖中心的孔径大于工件加工区域直径且小于工件自身直径，使工件受力均匀地固定在底座上
。3.
根据权利要求1所述的基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，其特征在于，所述
CCD
专用夹具包括三个底柱
、
三角升降台
、
弹性夹环和三个手拧螺钉；所述三个底柱均呈圆柱体，垂直安装在转接板上表面，环绕工件专用夹具布置；所述三角升降台的三个顶端各自固定有一个套筒，套筒的延伸方向与三角升降台的横截面垂直，套筒的内径与底柱外径相匹配，使三个套筒分别套设在三个底柱上时，三角升降台限定为与转接板平行；三个手拧螺钉分别安装在三个套筒侧壁的通孔上，用于将三角升降台固定在底柱上；弹性夹环固定在三角升降台内部镂空处，用于安装固定
CCD
相机并确保
CCD
相机的镜头在工件正上方
。4.
根据权利要求3所述的基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，其特征在于，所述弹性夹环包括固定部和夹持部；固定部呈凹槽状，凹槽宽度与三角升降台的厚度相当，使固定部可以卡接在三角升降台外侧；凹槽的两个侧壁上设置有第三通孔，三角升降台上设置有第二通孔，第二螺钉依次穿过第三通孔和第二通孔，将弹性夹环水平固定在三角升降台上
。5.
根据权利要求4所述的基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，其特征在于，所述夹持部远离固定部的两个端部分别设置有一延伸部，延伸部上设置有第三通孔；螺钉穿过第三通孔与手拧螺母连接，手拧螺母在外力作用下旋转，以调整夹持部施加在
CCD
相机上的夹紧力
。
6.
根据权利要求4所述的基于光学
CCD
的微槽铣削
‑
强化误差补偿装置，其特征在于，所述夹持部内侧安装有橡胶垫圈
...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱艳丹，张寅武，赵静，张全利，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：