液體火箭發動機噴管冷卻通道立式加工方法技術

本發明專利技術一種液體火箭發動機噴管冷卻通道立式加工方法，屬于液體火箭發動機噴管加工方法領域。本發明專利技術中，噴管采用立式裝夾，單點式激光傳感器逐條掃描母線，以獲取噴管實際廓形，得到采樣數據集，逐條重構噴管母線，對采樣數據集逐條母線平滑處理，得到噴管平滑數據集，對所有母線的數據進行壓縮處理，得到壓縮數據集，利用三次樣條插值逼近噴管的實際母線。并計算銑削刀位，由雙銑頭對稱銑削，高速清根。本發明專利技術實現了測量、加工一體化，一次裝卡下完成廓形測量、銑槽、清根處理，能夠滿足不同幾何尺寸、不同母線線型的加工需求，加工效率高，一致性好，實現了液體火箭發動機噴管冷卻通道高效、高精度數字化加工。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于液體火箭發動機噴管加工方法領域，特別涉及一種噴管冷卻通道立式加工方法。
技術介紹
隨著航天工業的發展，新型液體火箭對發動機的生產效率、生產質量的要求越來越高。火箭噴管是液體火箭發動機的主體部件，也是難加工的關鍵部件。噴管外表面均布有大量縱向直槽，在其上覆蓋金屬表皮后形成縱向液體燃料通道，起到冷卻管壁和預熱液態燃料的作用。火箭噴管具有如下幾何特征幾何尺寸大(軸截面直徑及軸向尺寸均為1～2m)、壁薄(5～6mm)、溝槽數量多(500條以上)、母線線型復雜(多為直線、圓弧、離散點等形式組合而成)、由鈑金焊接或旋壓成型的噴管毛坯件壁厚誤差大、成型過程存在較大應力致使加工過程變形大。為了保證噴管的強度、均勻的熱燒蝕性，要求噴管槽底剩余壁厚均勻。應用通用數控機床，按照噴管理想外表面或溝槽理想底面進行單純數控加工，槽底剩余壁厚將無法達到設計要求。因此，火箭噴管冷卻通道銑槽加工成為噴管制造過程中需要迫切解決的關鍵問題。 1998年，盧杰持等在《大連理工大學學報》第38卷第3期發表的文章《火箭大噴灌數控仿形銑槽控制系統》中介紹了一種噴管冷卻通道的加工方法——臥式數控仿形法，即通過片銑刀外側安裝的傳感滾輪感知切削部位噴管的實際廓形，并根據預先測得的噴管毛坯的厚度數據完成壁厚誤差補償以及輪廓變形誤差補償。該方法存在如下問題傳感滾輪“感知”的不是切削點而是被加工溝槽相鄰部位的信息，會引入較大的偏移量誤差；傳感滾輪通過壓力靠模實現仿形，仿形過程中易受噴管表面殘留切屑影響而產生跳動，影響加工精度；傳感滾輪預設壓力設置不當將會導致傳感器跟蹤信號不穩定跳動情況出現；受傳感滾輪尺寸約束，曲率變化大的型面將無法被準確檢測。裝夾方式為噴管水平安裝，吊裝耗費時間長，安裝定位準確性差。工作臺重量大且行程長，快速準確定位困難。現有設備的清根方式為手動式，效率低、重復性差。
技術實現思路
本專利技術主要解決的技術問題是克服上述加工方法的不足，針對噴管臥式裝夾吊裝耗費時間長、安裝定位準確性差難題，提出了一種火箭噴管立式裝夾方法，將噴管大端開口朝下并借助于噴管胎膜和噴管端蓋安裝到回轉工作臺上；針對機械仿形法不能“感知”切削點、易產生不穩定信號、不能準確測量曲率大的曲線的不足，采用一種火箭噴管外廓激光掃描法，根據噴管理論母線規劃測量軌跡、單點式激光傳感器逐條母線掃描噴管獲取實際廓形、逐條母線重構噴管外闊面及計算銑削刀位；針對手動清根效率低、重復性差的不足，采用高速清根方式。 本專利技術所采用的技術方案是一種，將噴管立式裝夾；采用單點式激光傳感器逐條掃描母線，以獲取噴管實際廓形；逐條重構噴管母線及計算銑削刀位，由雙銑頭對稱銑削，高速清根；的具體步驟如下 (1)噴管立式裝夾 首先將噴管胎膜5安放到回轉工作臺臺面e上，由臺面和定位圓柱銷13定位，八個帶螺栓的壓板6周向均布于回轉工作臺7上，壓板6壓緊噴管胎膜5；將噴管11大端開口朝下，套裝在噴管胎膜5外表面上；旋緊螺釘14，使噴管端蓋12壓緊噴管11，并與噴管胎模5緊密固定，完成噴管11立式裝夾；噴管11可在回轉工作臺7的驅動下作回轉運動； (2)單點式激光傳感器逐條掃描母線獲取噴管實際廓形 裝夾完成后，調整銑削測量轉換頭9，使單點式激光傳感器8對準噴管待測母線，按如下步驟逐條掃描母線獲取噴管實際廓形 ①噴管理論母線a為噴管設計尺寸，將其沿Y軸朝遠離噴管方向偏移距離d0，d0即為激光傳感器的校準距離，將偏移后得到的軌跡線作為測量軌跡線c； ②調整單點式激光傳感器8與噴管11外廓的Y向相對距離，確定零點，單點式激光傳感器8在測量軌跡線c上的 點的顯示值為Δ0＝0，噴管11外廓面的實際母線b上的p0點坐標為 ③單點式激光傳感器8按照測量軌跡線c運動到 點，顯示值為Δ1＝d1-d0，得到p1點坐標為依次掃描pi(zi，yi)，i＝2，3，…，n點顯示值為Δi＝di-d0，對應點坐標為i＝2，3，…，n，從而完成一條噴管外廓面實際母線b的掃描測量； ④完成單條母線掃描后，數控系統控制回轉工作臺旋轉角度θ，θ＝2π/N，其中N為噴管待加工母線數，重復第③步母線掃描測量過程，完成第二條母線的測量過程； ⑤循環③、④步，完成噴管11實際廓形的掃描測量，得到采樣數據集Q0； (3)逐條重構噴管母線及計算銑削刀位 ①取采樣數據集Q0中第i0條母線的采樣數據，設定平滑窗口寬度為m0，取 中第k0個采樣點 為窗口中心，取值規則如下， 得到有序數據點 取窗口內有序點的均值作為新的數據點 對采樣數據集Q0逐條母線平滑處理，得到噴管平滑數據集Q1； ②取平滑數據集Q1中第i1條噴管母線 進行如下處理， 其中j1>i1，k1∈(i1，j1) (3) h為弦高差，即已錄入點與當前待篩選點之間的中間采樣點到該兩點連線的距離，若h大于預設篩選精度ε1則錄入當前點的前一點，否則移向下一點；其中 為已錄點坐標， 當前點坐標， 為中間點坐標，依次處理，完成噴管所有母線的數據壓縮處理，得到壓縮數據集Q2； ③取壓縮數據集Q2中第i2條噴管母線的壓縮數據集 利用三次樣條插值逼近噴管的實際母線， 其中 式中 為第j2段樣條曲線徑向坐標， 為第j2個型值點軸向坐標， 為樣條曲線參數； ④首先利用小參數步長對第i3條噴管母線進行密集離散接著對于任一初始點 從 開始依此選取一離散點，取為 于 到 之間的任一點 (j3＝k3+1，…，m3-1)，求取它到直線段 的距離， 若滿足(j3＝k3+1，…，m3-1)，則錄入 為刀位點，否則移向 點，并重復上述過程，進而完成整條母線的刀位計算；逐條母線計算，得到噴管刀位數據集Q4； (4)雙銑頭對稱銑削 利用第(3)步得到的噴管冷卻通道銑削刀位數據集Q4，雙通道控制左片銑刀1、右片銑刀10對稱銑削噴管溝槽；待一對溝槽銑削完畢后，回轉工作臺7驅動噴管11分度到下一溝槽位置，轉動角度為θ＝2π/N，N為噴管待加工母線數；回轉工作臺7分度累計至180°，即完成整個噴管溝槽銑削加工； (5)高速清根 噴管冷卻通道銑削加工完成后，調整銑削清根轉換頭2旋轉180°，使左片銑刀1與清根銑刀4位置互換；電主軸3拖動清根銑刀4高速旋轉，通過手動方式對刀，使清根銑刀4的軸線對準待清根溝槽對稱線，數控系統調用清根程序，驅動清根銑刀沿清根軌跡線一、二、三、四，即g1、g2、g3、g4分層依次銑削，完成溝槽根部f高速清除； (6)完成加工 松開螺釘14，取下噴管端蓋12，卸下噴管11，完成整個液體火箭發動機噴管冷卻通道立式加工。 本專利技術的效果是噴管立式裝夾，定位準確、夾緊快速可靠、操作耗時短，為噴管廓形測量和溝槽加工提供了良好保證；雙銑頭對稱銑削，有效提高了加工效率；實現了高速清根，操作簡便，自動化程度高；單點式激光傳本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種液體火箭發動機噴管冷卻通道立式加工方法，其特征在于，噴管立式裝夾，采用單點式激光傳感器逐條掃描母線，以獲取噴管實際廓形，逐條重構噴管母線及計算銑削刀位，由雙銑頭對稱銑削，高速清根；液體火箭發動機噴管冷卻通道立式加工方法的具體步驟如下：（１）噴管立式裝夾　首先將噴管胎膜（５）安放到回轉工作臺臺面（ｅ）上，由臺面和定位圓柱銷（１３）定位，八個帶螺栓的壓板（６）周向均布于回轉工作臺（７）上，壓板（６）壓緊噴管胎膜（５）；將噴管（１１）大端開口朝下，套裝在噴管胎膜（５）外表面上；旋緊螺釘（１４），使噴管端蓋（１２）壓緊噴管（１１），并與噴管胎模（５）緊密固定，完成噴管（１１）立式裝夾；噴管（１１）可在回轉工作臺（７）的驅動下作回轉運動；　（２）單點式激光傳感器逐條掃描母線獲取噴管實際廓形裝夾完成后，調整銑削測量轉換頭（９），使單點式激光傳感器（８）對準噴管待測母線，按如下步驟逐條掃描母線獲取噴管實際廓形：　①噴管理論母線ａ為噴管設計尺寸，沿Ｙ軸朝遠離噴管方向將噴管理論母線ａ偏移一個距離ｄ↓［０］，ｄ↓［０］即為激光傳感器的校準距離，將偏移后得到的軌跡線作為測量軌跡線ｃ；　②調整單點式激光傳感器（８）與噴管（１１）外廓的Ｙ向相對距離，使單點式激光傳感器（８）在測量軌跡線ｃ上的點的ｐ′↓［０］顯示值為Δ↓［０］＝０，噴管（１１）外廓面的實際母線ｂ上的ｐ↓［０］點坐標為：ｚ↓［０］＝ｚ′↓［０］，ｙ↓［０］＝ｙ′↓［０］＋Δ↓［０］；　③單點式激光傳感器（８）按照測量軌跡線ｃ運動到ｐ′↓［１］點，顯示值為Δ↓［１］＝ｄ↓［１］－ｄ↓［０］，得到ｐ↓［１］點坐標為：ｚ↓［１］＝ｚ′↓［１］，ｙ↓［１］＝ｙ′↓［１］＋Δ↓［１］；依次掃描ｐ↓［ｉ］（ｚ↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］），ｉ＝２，３，…，ｎ點顯示值為Δ↓［ｉ］＝ｄ↓［ｉ］－ｄ↓［０］，對應點坐標為ｚ↓［ｉ］＝ｚ′↓［ｉ］，ｙ↓［ｉ］＝ｙ′↓［ｉ］＋Δ↓［ｉ］，ｉ＝２，３，…，ｎ，從而完成噴管外廓面一條實際母線ｂ的掃描測量；　④完成單條母線掃描后，數控系統控制回轉工作臺旋轉角度θ，θ＝２π／Ｎ，其中：Ｎ為噴管待加工母線數，重復第③步母線掃描測量過程，完成第二條母線的測量過程；　⑤循環③、④步，完成噴管（１１）實際廓形的掃描測量，得到采樣數據集Ｑ↑［０］；　（３）逐條重構噴管母線及計算銑削刀位；　①取采樣數據集Ｑ↑［０］中第ｉ↓［０］條母線的采樣數據，｛Ｑ↓［ｉ↓［０］］↑［...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王永青，劉海波，劉巍，杜方平，薛引慧，李紅麗，陶冶，鄭德利，田曉偉，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：91[中國|大連]