飞机结构件数控加工中间状态在线检测方法技术

本发明专利技术公开了一种飞机结构件数控加工中间状态在线检测方法，该方法首先构建中间加工状态的理论面，对于精加工是三轴的面，根据零件CAD模型的最终状态选取所需检测的面，沿所选面的外法向方向偏置一个加工余量的值形成中间加工状态的理论面；对于精加工是五轴的面，利用上一步操作刀具扫略所形成的面作为中间加工状态的理论面，沿精加工刀轨离散出一系列点并向中间状态的理论面投影，形成中间状态检测点，最后规划检测路径并形成NC程序进行在线检测。根据中间加工状态的理论面计算理论厚度和理论距离，与检测点理论位置一起形成检测结果评价依据。该方法有效的解决了由于大型零件中间加工状态的变形、加工误差引起的零件质量问题，保证了加工质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种飞机结构件的数控加工方法，尤其是一种中间加工状态的检测方法，具体地说主要是针对飞机结构件数控加工精加工之前的中间状态进行的在线检测，属于 CAD (Computer Aided Design)/CAM (Computer Aided Manufacturing)/CAI(ComputerAided Inspection)

技术介绍
对于大型零件如飞机结构件，由于其结构复杂、尺寸大且属于薄壁零件，加工过程中极易变形，同时由于加工过程中出现的刀具磨损、加工系统颤振等原因会引起加工误差。加工过程中出现的变形或者加工误差会对后续加工工序或加工操作造成影响，情况严重的会导致工件报废，由于飞机结构件属于高价值和高加工附加值零件，成本很高，所以，为了保证加工质量，降低制造成本，对飞机结构件的中间加工状态进行检测非常重要。同时，由 于装夹困难等原因，中间状态检测最好的办法是在线检测。但是目前的检测方法都是在零件加工至最终状态后才进行检测，这样就不能避免由于中间加工状态出现问题所带来的加工事故。检索现有技术与文献发现，大连海事大学张常鑫2009年硕士学位论文“数控加工中心在线检测系统关键技术研究”研究了检测信息的提取方法并提出了 CAD模型与检测物体模型相匹配的算法，以上方法都是针对的CAD最终模型；南京航空航天大学丁永发2009年硕士学位论文“基于特征的飞机结构件在线检测数据自动生成与分析”提出了检测点的生成方法和检测路径规划方法；以上方法也都是针对CAD最终模型。Fiona Zhao 在国际学术期刊《Robotics and Computer-IntegratedManufacturing)) 2008 (24), p200_216 上发表的论文 “STEP-NC enabled on-lineinspection in support of closed-loop machining” 给出了能够满足加工-检测一体化的数据模型创建方法，但是该论文并没有涉及到中间状态模型的构建方法。综上所述，关于大型零件的数控加工在线检测方面，目前的技术还没有中间状态的检测方法，也没有中间状态检测模型的构建方法。同时以上检测方法只是单一的检测了检测点的坐标，没有将厚度的检测结合起来，不能为检测结果的评价提供充分的数据依据。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前大型飞机结构件数控加工中间状态检测缺乏检测方法和中间状态模型构建方面的问题，专利技术一种。本专利技术的技术方案是一种飞机结构件数控加工中间状态检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一，基于零件的CAD模型的最终状态选择所需进行中间加工状态检测的面；步骤二，判断所选面是三轴加工面还是五轴加工面，若是三轴加工的面，沿该面的外法向方向将该面偏置一个加工余量的值形成中间加工状态的理论面；若是五轴加工的面，利用加工该面中间状态时刀具沿刀轨进给运动所形成的扫略面作为中间加工状态的理论面；步骤三，根据检测要求，沿精加工刀轨离散出一系列点，把离散点向中间加工状态的理论面投影，形成中间状态检测点；步骤四、根据中间加工状态的理论面，计算每个中间状态检测点所在位置的中间状态的理论厚度以及相邻两个侧铣面的中间状态的理论距离；步骤五，基于中间状态检测点规划出检测路径并生成NC程序，传输至数控机床，以便进行在线检测； 步骤六，利用超声波测厚仪测量各检测点加工后的中间状态的实际厚度，利用接触式红外探头测量检测点加工后的实际坐标，根据检测坐标计算相邻两面中间状态的实际距离；步骤七，依据检测点的理论位置、理论厚度和理论距离，对检测结果进行评价并形成检测报告，进而评估加工的中间加工状态是否满足要求以及调整策略。所述五轴加工面中间状态的理论面的生成方法为步骤一、提取加工该面形成中间状态的加工操作；步骤二、提取该加工操作的切削刀轨，并将切削刀轨沿五轴加工面内法向方向偏置一个刀具半径形成导引线；步骤三、提取该段刀轨的刀轴方向，并计算五轴加工面沿刀轴方向的长度，以导引线一端的端点为端点，根据刀轴方向和五轴加工面沿刀轴方向的长度做一直线段，作为直母线；步骤四、根据步骤二和步骤三形成的导引线和直母线，做直纹面，形成五轴加工面中间状态的理论面。所述检测点的生成原则为检测点由精加工刀轨上的离散点向中间状态的理论面投影而成，离散点可以是刀位点，也可以对两个刀位点之间进行插值而成，插值的密度取决于检测面的精度要求，离散点的间距3mnT20mm不等，精度要求高则插值点的密度越高，另外还需根据加工经验，越容易变形的位置插值点的密度越高。所述中间状态的理论厚度M_Th的计算方法为步骤一、首先用F_Th表示检测面的最终理论厚度，Re表示加工余量，则M_Th = F_Th+Re ；步骤二、加工余量视加工情况而定，如果检测面的反面还未加工到位，则需要把反面的加工余量也加上；如果反面已经加工到位，则直接按照上式计算；步骤三、为了评价检测结果，中间状态的理论厚度还需要考虑检测面的公差带，用 表示检测面的上下公差，则中间状态的理论厚度为所述理论距离的计算方法为步骤一、分别选择相邻两个面的中间状态的一层检测点，即Z坐标值相同的检测点，分别形成点列和；步骤二、两个点列中点分别依次向同一水平面投影，分别形成的点列为和；步骤三、遍历并循环点列为和,找出两个点列中距离最近的两个点Pl和P2,记其距离为Mtn_Dts, Mtn_Dts即为理论距离；步骤四、分别在点列和找出点Pl和P2的原始投影点，因为投影是依次进行的，所以按序号即可找到，把找到的点作为计算实际距离的检测点。本专利技术的有益效果是I、提供了数控加工过程中间状态的检测方法；2、提供了数控加工过程中间状态模型的创建方法；3、可以检测出中间加工过程出现的变形和加工误差，防止对后续加工工序和加工 操作的影响，保证了加工质量，降低了加工成本。附图说明图I为三轴加工面中间状态模型；图2为五轴加工面中间状态模型；图3为五轴加工面中间状态理论面生成方法示意图；图4为两相邻面理论距离计算示意图。附图中的标号名称为I表示检测面最终理论状态，2表示加工刀具、3表示刀轴矢量，4表示刀轨,5表示导引线,6表示刀位点，7表示直母线,8表示相距最近的两个检测点之一，9表示相距最近的两个检测点之二，10表示加工余量，11表示两个相邻面的中间加工状态的理论距离。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。如图I、图2所示。一种飞机结构件数控加工中间状态检测方法，该方法包括以下步骤步骤一、基于零件的CAD模型的最终状态选择所需进行中间加工状态检测的面；步骤二、判断所选面是三轴加工面还是五轴加工面，若是三轴加工的面，沿该面的外法向方向将该面偏置一个加工余量的值形成中间加工状态的理论面；若是五轴加工的面，利用加工该面中间状态时刀具沿刀轨进给运动所形成的扫略面所形成的面作为中间加工状态的理论面；步骤三、根据检测要求，沿精加工刀轨离散出一系列点，把离散点向中间状态的理论面投影，形成中间状态检测点；步骤四、根据中间状态的理论面，计算每个检测点所在位置的中间状态的理论厚度以及与相邻两个侧铣面的中间状态的理论距离；步骤五、基于检测点规划检测路径并生成NC程序，传输至数控机床进行在线检测；步骤六、利用超声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机结构件数控加工中间状态检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一，基于零件的CAD模型的最终状态选择所需进行中间加工状态检测的面；步骤二，判断所选面是三轴加工面还是五轴加工面，若是三轴加工的面，沿该面的外法向方向将该面偏置一个加工余量的值形成中间加工状态的理论面；若是五轴加工的面，利用加工该面中间状态时刀具沿刀轨进给运动所形成的扫略面作为中间加工状态的理论面；步骤三，根据检测要求，沿精加工刀轨离散出一系列点，把离散点向中间加工状态的理论面投影，形成中间状态检测点；步骤四、根据中间加工状态的理论面，计算每个中间状态检测点所在位置的中间状态的理论厚度以及相邻两个侧铣面的中间状态的理论距离；步骤五，基于中间状态检测点规划出检测路径并生成NC程序，传输至数控机床，以便进行在线检测；步骤六，利用超声波测厚仪测量各检测点加工后的中间状态的实际厚度，利用接触式红外探头测量检测点加工后的实际坐标，根据检测坐标计算相邻两面中间状态的实际距离；步骤七，依据检测点的理论位置、理论厚度和理论距离，对检测结果进行评价并形成检测报告，进而评估加工的中间加工状态是否满足要求并以此作为刀轨调整的依据。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，刘长青，刘旭，李海，郝小忠，王伟，汤立民，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：