一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，裝夾找正方法，包括以下步驟；S1、成形基準(zhǔn)傳遞；S2、機(jī)械加工找正標(biāo)記；S3、毛坯檢測(cè)；S4、余量尋優(yōu)；找到毛坯與理論模型的相對(duì)最優(yōu)位置與姿態(tài)；S5、基準(zhǔn)映射；S6、實(shí)物找正。本發(fā)明專利技術(shù)有效解決錐底余量不足的工程難題，基于該方法，能夠提高找正精度，最大程度降低因找正偏差帶來的余量損失問題。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于錐形箱體余量協(xié)調(diào)領(lǐng)域，尤其是涉及一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法。

技術(shù)介紹

1、新一代載人運(yùn)載火箭貯箱后底為45°錐形結(jié)構(gòu)，大端直徑約4.6m，小端直徑2.1m，高度約1.2米，大小端均為敞口式殼體結(jié)構(gòu)。在殼體結(jié)構(gòu)外形面上均布有高密度正交網(wǎng)格，網(wǎng)格底面厚度4mm，頂面厚度20mm。該零件采用整體成形制造方案，整體成形后的毛坯在內(nèi)外、高度方向均留有一定的余量，需要通過機(jī)械加工的形式進(jìn)行切削去除，最終完成產(chǎn)品的形位精度控制。

2、按照該零件的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和毛坯實(shí)際情況來看，機(jī)械加工的方案采用“先車削后銑削”的工藝路線。車削加工完成錐殼零件的內(nèi)外形輪廓加工，銑削加工完成網(wǎng)格的特性加工。在機(jī)械加工的第一道工序，最先需要進(jìn)行的就是毛坯的裝夾找正及余量協(xié)調(diào)，即在毛坯中找到零件放置的最優(yōu)位置，并使得數(shù)控機(jī)床的加工坐標(biāo)系匹配該最優(yōu)位置的過程。

3、受制于成形工藝的板材厚度限制，成形過程中的厚度減薄以及成形后的精度控制等等因素影響，毛坯包絡(luò)產(chǎn)品的余量往往較為緊張。這就對(duì)于該類零件的找正精度、余量協(xié)調(diào)水平提出了較高的技術(shù)要求。傳統(tǒng)的機(jī)械加工找正方法往往無法滿足該類產(chǎn)品的加工要求。

4、針對(duì)該類大直徑錐殼類零件的裝夾找正及余量協(xié)調(diào)，現(xiàn)有的方案主要為機(jī)械加工中常見的在機(jī)四點(diǎn)找正方法。利用對(duì)稱均布的四個(gè)點(diǎn)，在車床上進(jìn)行四點(diǎn)找圓找平。此種方法主要存在以下問題：

5、(1)找正的精度不高，余量損失較大。整體成形后的毛坯往往在形位尺寸上存在較大偏差，整體圓度平面度較差。通過整體成形傳遞的基準(zhǔn)進(jìn)行找正時(shí)，往往基準(zhǔn)自身發(fā)生較大變化，以此為基準(zhǔn)找正偏差較大。同時(shí)，僅靠四點(diǎn)找正無法兼具全局情況，誤差較大。

6、(2)找正后無法判斷余量情況。在經(jīng)過四點(diǎn)找正后，無法及時(shí)對(duì)找正后的毛坯整體余量情況進(jìn)行預(yù)估判斷用以指導(dǎo)后續(xù)加工。這種找正方式往往適用于余量裕度較大的零件加工，無法大直徑錐殼類整體成形零件精確找正需求。

7、綜上，大直徑錐殼類零件機(jī)械加工精密找正及余量協(xié)調(diào)尚無有效的解決方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本專利技術(shù)旨在提出一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，有效解決錐底余量不足的工程難題，基于該方法，能夠提高找正精度，最大程度降低因找正偏差帶來的余量損失問題。

2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，裝夾找正方法，包括以下步驟；

4、s1、成形基準(zhǔn)傳遞；在毛坯的大端由成形工序刻出一條連續(xù)的刻線傳遞成形工序的粗基準(zhǔn)；

5、s2、機(jī)械加工找正標(biāo)記；將錐殼零件大端朝下，小端朝上狀態(tài)放置在車床臺(tái)面上，在大端上等高位置均布8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行刻“十字線”標(biāo)記出8個(gè)點(diǎn)；

6、s3、毛坯檢測(cè)；將零件大端朝上，小端朝上的狀態(tài)放置在三坐標(biāo)檢測(cè)平臺(tái)上，對(duì)毛坯外形進(jìn)行三坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量；

7、主要測(cè)量一下數(shù)據(jù)；

8、a、毛坯外形面坐標(biāo)點(diǎn)集qt，記為{xt(u.v),yt(u.v),zt(u.v)}，其中u＝1,2,…20表示母線方向間隔100mm測(cè)量，共20個(gè)點(diǎn)。v＝1,2,…16，表示周向方向均布16處測(cè)量。綜上共計(jì)320個(gè)測(cè)量點(diǎn)；

9、b、機(jī)械加工找正標(biāo)記點(diǎn)集qb，即為{xbi,ybi,zbi},i＝1,2,3…8；

10、c、成形基準(zhǔn)點(diǎn)集qc，即為{xci,yci,zci},i＝1,2,3,4。按照三點(diǎn)確定一個(gè)平面機(jī)理，同時(shí)增加一個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)，此處測(cè)量三成形基準(zhǔn)線上任意四個(gè)點(diǎn)即可；

11、進(jìn)一步的，對(duì)上述點(diǎn)位進(jìn)行逆向過程處理，首先利用毛坯外形面坐標(biāo)點(diǎn)集qt生成周向方向樣條曲線，即u曲線20條；母線方向樣條曲線，即v曲線16條；

12、利用u,v曲線逆向生成網(wǎng)格曲面得到外形輪廓面；對(duì)外形輪廓面進(jìn)行向內(nèi)等厚偏置實(shí)際毛坯的最小厚度得到毛坯極限內(nèi)形面；內(nèi)外毛坯面的生成即完成了毛坯的檢測(cè)。

13、s4、余量尋優(yōu)；毛坯檢測(cè)僅完成了輪廓的生成，但毛坯與理論模型的相對(duì)最優(yōu)位置與姿態(tài)仍是決定余量的關(guān)鍵性因素；因此本專利技術(shù)提供了一種基于粗基準(zhǔn)的毛坯余量尋優(yōu)方法；

14、具體包括以下步驟；

15、s41、定位理論坐標(biāo)系mcs，坐標(biāo)系原點(diǎn)在理論模型大端的中心，xyz各方向與理論保持一致，后續(xù)所有對(duì)mcs的操作均視為mcs與理論模型的共同操作；

16、s42、其次，將檢測(cè)的成形基準(zhǔn)點(diǎn)集qc利用三點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)粗基準(zhǔn)平面，將mcs的zmcs調(diào)整至與該基準(zhǔn)平面法向一致。將理論模型的回轉(zhuǎn)中心(xmcs，ymcs，zmcs)調(diào)整至與毛坯大端輪廓中心重合。這樣即完成了理論模型在毛坯中的精確找圓和粗略找平；

17、s43、將mcs沿著zmcs方向進(jìn)行上下平移，隨著平移的過程，毛坯包絡(luò)的情況有著線性的變化，以任意截面為例，當(dāng)包絡(luò)余量kv出現(xiàn)轉(zhuǎn)折時(shí)，該點(diǎn)為最優(yōu)點(diǎn)，設(shè)定此時(shí)的zmcs坐標(biāo)，即可完成上下的基準(zhǔn)粗找平；

18、s44、分析此時(shí)的理論模型與毛坯輪廓的包絡(luò)情況，規(guī)則如下：以(xmcs，zmcs)平面為剖切平面，按照一定的頻率i沿著zmcs軸旋轉(zhuǎn)剖切平面，得到各個(gè)剖切平面在zmcs高度上的+xmcs方向包絡(luò)余量kvi+和-xmcs方向包絡(luò)余量kvi-，定義位姿閾值δki＝|kvi+-kvi-|，該閾值代表了姿態(tài)的偏差程度。找到各剖切平面的姿態(tài)閾值最大值，將ymcs方向與該剖切平面法向保持一致；

19、s45、局部微調(diào)整，將mcs繞著ymcs軸向著kvi+和kvi-中的較大值一側(cè)旋轉(zhuǎn)，單次旋轉(zhuǎn)角度為0.2°，最大不超過2°。同時(shí)，將mcs沿著zmcs進(jìn)行上下平移微量調(diào)整，調(diào)整量為±5mm；

20、s46、重復(fù)迭代s41-s45過程，直至位姿閾值δki的減速度小于0.2時(shí)，中止迭代過程；記錄當(dāng)前的mcs。

21、s5、基準(zhǔn)映射；經(jīng)過余量尋優(yōu)過程得到的mcs即為產(chǎn)品的最優(yōu)基準(zhǔn)；將該基準(zhǔn)由虛擬空間映射到現(xiàn)實(shí)空間上是至關(guān)重要的過程；機(jī)械加工的找正標(biāo)記點(diǎn)集qb映射到mcs坐標(biāo)系下的點(diǎn)坐標(biāo)記錄為qb-mcs，取其z坐標(biāo)為zb-mcs-i，i＝1，2，3…8；將該值傳遞給機(jī)床操作人員。

22、s6、實(shí)物找正；通過機(jī)床操作對(duì)毛坯實(shí)物的墊平等操作，使得機(jī)械加工的8個(gè)標(biāo)記點(diǎn)位的相對(duì)位置關(guān)系與zb-mcs-i提供的8個(gè)點(diǎn)位的相對(duì)位置關(guān)系保持一致，如此即可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)基準(zhǔn)mcs與機(jī)床坐標(biāo)系的一致映射關(guān)系。

23、進(jìn)一步的，實(shí)物找正的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟，

24、s61、計(jì)算調(diào)整目標(biāo)基準(zhǔn)落差將8個(gè)zb-mcs-i減去其中的最小值z(mì)b-mcs-min得到每個(gè)點(diǎn)的相對(duì)高度偏差；

25、s62、操作者通過該偏差調(diào)整毛坯產(chǎn)品使得其盡量趨于一致，機(jī)床打表測(cè)量調(diào)整后實(shí)際基準(zhǔn)落差并計(jì)算調(diào)整偏差

26、s63、重復(fù)上述過程，直至的平均值小于0.5mm，視為精確找正；即視為裝夾找正的評(píng)價(jià)方法。

27、本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

1.一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：裝夾找正方法，包括以下步驟；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：S3中，三坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量，主要測(cè)量一下數(shù)據(jù)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行逆向過程處理，首先利用毛坯外形面坐標(biāo)點(diǎn)集Qt生成周向方向樣條曲線，即U曲線20條；母線方向樣條曲線，即V曲線16條；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：S4中的余量尋優(yōu)，是一種基于粗基準(zhǔn)的毛坯預(yù)留昂尋優(yōu)方法，具體包括以下步驟；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：步驟S5中，基準(zhǔn)映射的具體操作為機(jī)械加工的找正標(biāo)記點(diǎn)集Qb映射到MCS坐標(biāo)系下的點(diǎn)坐標(biāo)記錄為Qb-MCS，取其Z坐標(biāo)為Zb-MCS-i，i＝1,2,3…8；將該值傳遞給機(jī)床操作人員。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：步驟S6中；實(shí)物找正的評(píng)價(jià)方法，包括以下步驟，

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【技術(shù)特征摘要】

1.一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：裝夾找正方法，包括以下步驟；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：s3中，三坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量，主要測(cè)量一下數(shù)據(jù)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正余量協(xié)調(diào)方法，其特征在于：對(duì)點(diǎn)位進(jìn)行逆向過程處理，首先利用毛坯外形面坐標(biāo)點(diǎn)集qt生成周向方向樣條曲線，即u曲線20條；母線方向樣條曲線，即v曲線16條；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型錐殼類零件機(jī)械加工裝夾找正...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉強(qiáng)，崔鑫，王賀，劉鳳財(cái)，趙彥廣，趙寶杰，沙慶濤，劉延平，李彬彬，張曉舫，張艷豐，李俊文，王宏博，杜孟娟，胡德友，朱亞蓉，袁祥祥，王崇陽(yáng)，饒建萌，李祺欣，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：天津航天長(zhǎng)征火箭制造有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：