CN102581694B - 用于加工复合材料构件的坐标系调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空复合材料构件的加工技术，涉及一种用于加工复合材料构件的坐标系调整方法。其特征在于，坐标系调整的步骤如下：确定CMS靶球；测量CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值；建立调整球面；确定复合材料壁板工装的调整底面；建立复合材料壁板的加工坐标系。本发明能够消除定位工装的制造误差对复合材料构件加工精度的影响，提高了复合材料构件的加工精度。

Description

用于加工复合材料构件的坐标系调整方法
技术领域
本发明属于航空复合材料构件的加工技术，涉及一种用于加工复合材料构件的坐标系调整方法。
现有技术
航空复合材料构件例如壁板的数控加工需要专用的定位工装进行定位，而复合材料构件的外形越来越复杂、尺寸越来越大，专用定位工装存在一定的制造误差是不可避免的。目前数控加工时，是以定位工装零件定位表面的理论设计数据进行编程、加工，这样使工装的制造误差成为影响复合材料件加工精度的系统误差，制约复合材料构件加工精度的提高。在无法继续提高专用定位工装加工精度的情况下，如何提高复合材料零件的加工精度成了需要解决的难题。参见图1，复材材料构件定位工装(以下简称工装)一般由底板1、支撑板2和位于支撑板2上的定位型面3组成，在工装上都设置了CMS系统。CMS是坐标测量系统(Coordinate Measure System)的简称，CMS系统是在工装底板上设置至少4个标准靶球4，将标准靶球4的球心作为CMS测点，从而构成CMS系统。工装通常是在零件坐标系下设计的，把CMS测点在零件坐标系的坐标值称作CMS测点的零件坐标系理论值(简称CMS测点理论值)。工装制造完成后，CMS测点有了在零件坐标系下的实际坐标值，称作CMS测点的零件坐标实际值(简称CMS测点实际值)。通常将CMS测点的实际值标记于工装上对应的CMS测点旁边，以备后用。设置CMS系统的目的是：为了在工装的定期复验时，通过CMS测点的实际值准确测得工装定位表面在零件坐标系下的位置，但是在加工中没有使用CMS系统。
发明内容
本发明的目的是：提出一种能够消除定位工装的制造误差对加工精度影响的用于加工复合材料构件的坐标系调整方法，以提高复合材料构件的加工精度。
本发明的技术方案是：用于加工复合材料壁板的坐标系调整方法，用于调整复合材料壁板工装的零件坐标系，复合材料壁板工装由矩形底板1、固定在矩形底板上的支撑板2和支撑板2上的型面3组成，在复合材料壁板工装底板上设置由4个标准靶球4构成的CMS系统，在工装底板上每个标准靶球处，标记有该标准靶球的球心点在零件坐标系下的实际坐标值；其特征在于，坐标系调整的步骤如下：
1、确定CMS靶球：从4个标准靶球4中选择任意3个标准靶球作为坐标系调整中所使用的CMS靶球；
2、测量CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值：将复合材料壁板工装放置于机床工作台面上，使工装底板的底面与机床工作台面贴合，分别测量CMS靶球的球心到机床工作台面的距离值，以该测量值作为CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值；
3、建立调整球面：以每个CMS靶球球心在零件坐标系下的实际坐标值所对应的点为圆心、以步骤2所测量的该CMS靶球球心到工装底板的底面的距离值为半径做球面，共作出3个调整球面；
4、确定复合材料壁板工装的调整底面：在3个调整球面的下方做一个与所有球面相切的平面，该平面即为复合材料壁板工装的调整底面；
5、建立复合材料壁板的加工坐标系：以复合材料壁板工装的调整底面为基准平面、以任意两个调整球面的球心为两个基准点建立复合材料壁板的加工坐标系，具体方法是：以两个基准点中的任意一点为坐标系的原点，以过原点并垂直于基准平面的直线为Z轴，Z轴正方向朝上；以过原点、垂直于Z轴的直线为X轴，X轴位于两个基准点的连线与Z轴所决定的平面内，X轴的正方向朝向另一个基准点；Y轴由右手定则确定；基于复合材料壁板的加工坐标系编写加工程序。
本发明的目的是：能够消除定位工装的制造误差对复合材料构件加工精度的影响，提高了复合材料构件的加工精度。
附图说明
图1是目前的一种复材材料构件定位工装的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。用于加工复合材料壁板的坐标系调整方法，用于调整复合材料壁板工装的零件坐标系，复合材料壁板工装由矩形底板1、固定在矩形底板上的支撑板2和支撑板2上的型面3组成，在复合材料壁板工装底板上设置由4个标准靶球4构成的CMS系统，在工装底板上每个标准靶球处，标记有该标准靶球的球心点在零件坐标系下的实际坐标值；其特征在于，坐标系调整的步骤如下：
1、确定CMS靶球：从4个标准靶球4中选择任意3个标准靶球作为坐标系调整中所使用的CMS靶球；
2、测量CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值：将复合材料壁板工装放置于机床工作台面上，使工装底板的底面与机床工作台面贴合，分别测量CMS靶球的球心到机床工作台面的距离值，以该测量值作为CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值；
3、建立调整球面：以每个CMS靶球球心在零件坐标系下的实际坐标值所对应的点为圆心、以步骤2所测量的该CMS靶球球心到工装底板的底面的距离值为半径做球面，共作出3个调整球面；
4、确定复合材料壁板工装的调整底面：在3个调整球面的下方做一个与所有球面相切的平面，该平面即为复合材料壁板工装的调整底面；
5、建立复合材料壁板的加工坐标系：以复合材料壁板工装的调整底面为基准平面、以任意两个调整球面的球心为两个基准点建立复合材料壁板的加工坐标系，具体方法是：以两个基准点中的任意一点为坐标系的原点，以过原点并垂直于基准平面的直线为Z轴，Z轴正方向朝上；以过原点、垂直于Z轴的直线为X轴，X轴位于两个基准点的连线与Z轴所决定的平面内，X轴的正方向朝向另一个基准点；Y轴由右手定则确定；基于复合材料壁板的加工坐标系编写加工程序。
本发明的工作原理是：原来的工装制造与加工编程分别依据理论设计数据进行的，当工装制造发生偏差时，偏差的情况不能被制造过程所知悉。本发明的方法是，设计工装→制造工装→找出实际工装与理论工装的差异→利用上一步的差异调整加工坐标系并编程→按照调整后的程序加工产品，加工时依据工装实际制造情况进行。如果把工装制造误差想象成工装在机床上发生的摆放位置偏移，原来的工艺方案就好像是工装摆放偏了，而机床刀具还在原来位置走刀，这种情况下，产生制造偏差是不可避免的；进行同样的比喻，坐标系调整的工艺方案，就好像工装摆放偏了，但是找到了偏移后的准确位置，按照找到的准确位置走刀，这样加工偏差自然就少了。
实施例1，在工装1上选择三个CMS点坐标值及测得的信息如下：(单位为mm)
 CMS点   X坐标   Y坐标   Z坐标   距机床工作台面的距离
 点1   29024.296   -3468.035   4508.635   46.486
 点2   26918.394   -3560.691   4544.195   49.511
 点3   29021.928   -3058.592   5438.714   46.589
按照上述信息调整坐标系后，所加工产品误差减少。
实施例2，在工装2上选择三个CMS点坐标值及测得的信息如下：(单位为mm)
 CMS点   X坐标   Y坐标   Z坐标   距机床工作台面的距离
 点1   31036.085   -2849.844   2527.229   45.536
 点2   30951.871   -3368.713   3766.409   45.113
 点3   2963.501   -2803.149   2451.997   45.546
按照上述信息调整坐标系后，所加工产品误差减少。
实施例3，在工装3上选择三个CMS点坐标值及测得的信息如下：(单位为mm)
 CMS点   X坐标   Y坐标   Z坐标   距机床工作台面的距离
 点1   22736.432   -3137.456   5782.302   50.306
 点2   22816.254   -3435.863   5030.442   51.992
 点3   20239.319   -3076.776   5492.283   49.915
按照上述信息调整坐标系后，所加工产品误差减少。

Claims (1)

1.用于加工复合材料壁板的坐标系调整方法，用于调整复合材料壁板工装的零件坐标系，复合材料壁板工装由矩形底板[1]、固定在矩形底板上的支撑板[2]和支撑板[2]上的型面[3]组成，在复合材料壁板工装底板上设置由4个标准靶球[4]构成的CMS系统，CMS是坐标测量系统的简称，在工装底板上每个标准靶球处，标记有该标准靶球的球心点在零件坐标系下的实际坐标值；其特征在于，坐标系调整的步骤如下：
1.1、确定CMS靶球：从4个标准靶球[4]中选择任意3个标准靶球作为坐标系调整中所使用的CMS靶球；
1.2、测量CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值：将复合材料壁板工装放置于机床工作台面上，使工装底板的底面与机床工作台面贴合，分别测量CMS靶球的球心到机床工作台面的距离值，以该测量值作为CMS靶球的球心到工装底板的底面的距离值；
1.3、建立调整球面：以每个CMS靶球球心在零件坐标系下的实际坐标值所对应的点为圆心、以步骤1.2所测量的该CMS靶球球心到工装底板的底面的距离值为半径做球面，共作出3个调整球面；
1.4、确定复合材料壁板工装的调整底面：在3个调整球面的下方做一个与所有球面相切的平面，该平面即为复合材料壁板工装的调整底面；
1.5、建立复合材料壁板的加工坐标系：以复合材料壁板工装的调整底面为基准平面、以任意两个调整球面的球心为两个基准点建立复合材料壁板的加工坐标系，具体方法是：以两个基准点中的任意一点为坐标系的原点，以过原点并垂直于基准平面的直线为Z轴，Z轴正方向朝上；以过原点、垂直于Z轴的直线为X轴，X轴位于两个基准点的连线与Z轴所决定的平面内，X轴的正方向朝向另一个基准点；Y轴由右手定则确定；基于复合材料壁板的加工坐标系编写加工程序。
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