CN103760821A - 复杂铸件机加工艺基准确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复杂铸件机加工艺基准确定方法，属于机械加工技术领域。所述复杂铸件机加工艺基准确定方法包括以下步骤：加工基准特征、三维照相或扫描、三维对比、五轴数控编程、数控仿真和加工、在机检测及零件加工。本发明一种复杂铸件机加工艺基准确定方法解决了采用传统划线方法协调不全面、效率低、协调次数多等问题，效率高。

Description

复杂铸件机加工艺基准确定方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种复杂铸件机加工艺基准确定方法。 

背景技术

铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清理处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件（零件或毛坯）的工艺过程。铸造生产的毛坯成本低廉，在壁薄、内腔复杂和用其他方法难以成型的零件时，如壳体、箱体类零件，更能显示出它的经济性。铸造出的产品，不经机械加工直接使用的很少，尤其是装配配合部位必须留有一定的加工余量进行机械加工才能达到使用要求。 

目前，现有的各类铸件均采用划线方式进行余量和加工基准的协调，对于简单铸件零件较易实施，铸件质量稳定且满足工艺要求，协调效率高，成本低；对于复杂铸件因尺寸多，铸件成型难度大，铸件质量偏差大，采用划线协调方式无法全面而准确的协调，存在顾此失彼的现象，对铸件的后续加工存在较大的隐患。 

复杂铸件铸造工艺难度大，铸造周期长，研制铸造精度差，为满足使用性能和生产进度的要求，铸件加工基准的确定显得尤为关键，决定着最终加工成品的尺寸精度，如果加工基准选择不当，会造成加工后的产品超差，尺寸精度无法满足设计要求，甚至报废，浪费了材料。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决了采用传统划线方法协调不全面、效率低、协调次数多等问题，效率高的复杂铸件机加工艺基准确定方法。 

为解决上述技术问题，本发明提供了一种复杂铸件机加工艺基准确定方法，用来加工铸件坯料以制备零件；包括以下步骤：步骤1、加工基准特征，得出所述铸件坯料（1）的基准平面；步骤2、三维照相或扫描所述铸件坯料（1）的基准平面，建立坐标系；步骤3、三维比对，在三维应用软件中根据铸件坯料（1）的基准平面建立坐标系，与零件三维模型进行比对，确定对应关系；步骤4、五轴数控编程，根据三维比对确定的坐标系关系调整零件三维模型姿态，然后进行数控编程；步骤5、数控仿真和加工，将所述铸件坯料模型导入数控机床仿真系统进行加工仿真，得到仿真数控程序；步骤6、在机检测，将仿真数控程序传输到机床，获取在铸件坯料上的点坐标，将点坐标与零件三维模型进行比对，验证基准准确性步骤7、零件加工。 

进一步地，步骤1包括：步骤11、确定所述铸件坯料的结构特征；步骤12、在所述铸件坯料上至少加工三个互相垂直的基准平面。 

进一步地，步骤2包括：步骤21、采用三维照相或扫描方式获得所述铸件坯料的三维点云数据；步骤22、根据所述基准特征建立坐标系；步骤23、将三维点云数据处理成三角面片格式。 

进一步地，所述三维照相或扫描采用的三维照相设备或激光扫描设备；所述三维照相设备或激光扫描设备的照相或扫描和拼接精度在0.1mm以内。 

进一步地，步骤3包括：步骤31、在三维应用软件中依据已加工的所 述基准平面为所述铸件坯料扫描模型建立坐标系；步骤32、任意建立所述零件三维模型的坐标系；步骤33、以所述铸件坯料非加工面为基准，将所述铸件坯料扫描模型和所述零件三维模型进行比对，同时可采用旋转或平移方式进行微调零件三维模型，通过横向和纵向或轴向和径向截面分析余量分布情况；步骤34、最终确定所述零件三维模型和所述铸件坯料扫描模型坐标系的对应关系。 

进一步地，步骤4包括：步骤41、输入所述铸件坯料扫描模型作为毛坯，再输入所述零件三维模型作为零件；步骤42、根据三维比对确定的坐标系关系调整所述零件三维模型姿态，然后按照加工特征选择不同的策略进行数控编程，所述铸件坯料大面见光即可。 

进一步地，步骤5包括：步骤51、将所述铸件坯料模型和数控程序导入数控机床仿真系统；步骤52、数控机床仿真系统进行加工仿真；步骤53、得到仿真刀具、工作和机床的运动情况及仿真后数控程序，同时进行干涉、碰撞、过切、欠切和超程检查。 

进一步地，步骤6包括：步骤61、将仿真后数控程序传输至机床；步骤62、在机床上安装检测探头，编制探头检测程序，获取铸件坯料上已加工面和非加工面上的点坐标；步骤63、将点坐标与零件三维模型进行比对，分析误差，验证基准的正确性及修正基准。 

本发明提供的复杂铸件机加工艺基准确定方法根据铸件坯料的结构特点确定加工基准特征，根据加工基准特征通过三维照相或扫描得出坐标系，根据坐标系，进行三维比对，确定零件三维模型与铸件坯料的三维模型坐标系的对应关系，然后进行五轴数控编程，将所述铸件坯料模型和数控程序导入数控机床仿真系统，进行数控仿真和加工，将仿真后数控程序传输至机床，进行在机检测，然后进行零件加工，解决了采用传统划线方法协调不全面、效率低、协调次数多等问题，效率高。 

附图说明

图1为本发明实施例提供的复杂铸件机加工艺基准确定方法的工艺流程图； 

图2为本发明实施例提供的铸件坯料基准特征示意图； 

图3为本发明实施例提供的铸件坯料坐标系设置示意图； 

图4为本发明实施例提供的铸件坯料扫描模型与理论模型径向截面示意图； 

图5为本发明实施例提供的铸件坯料扫描模型与理论模型轴向截面示意图。 

具体实施方式

参见图1，本发明实施例提供了一种复杂铸件机加工艺基准确定方法，用来加工铸件坯料1以制备零件。复杂铸件机加工艺基准确定方法包括以下步骤：步骤1，加工基准特征；步骤2、三维照相或扫描；步骤3、三维比对；步骤4、五轴数控编程；步骤5、数控仿真和加工；步骤6、在机检测；步骤7、零件加工。 

步骤1包括：步骤11、确定铸件坯料1的结构特征；步骤12、根据铸件坯料1的结构特征在铸件坯料1上至少加工三个互相垂直的基准平面或。 

步骤2包括：步骤21、采用三维照相或扫描方式获得铸件坯料1的三维点云数据；步骤22、根据基准特征建立坐标系；步骤23、将三维点云数据处理成三角面片格式。步骤21采用三维照相设备或激光扫描设备。三维 照相设备或激光扫描设备的照相或扫描和拼接精度在0.1mm以内。 

步骤3包括：步骤31、在三维应用软件中依据已加工的基准平面为铸件坯料1扫描模型建立坐标系；步骤32、任意建立零件三维模型的坐标系；步骤33、以铸件坯料1非加工面为基准，通过最佳拟合方式将铸件坯料1扫描模型和零件三维模型进行比对，同时可采用旋转或平移方式进行微调零件三维模型，通过横向和纵向或轴向和径向截面分析余量分布情况；步骤34、最终确定零件三维模型和铸件坯料1扫描模型坐标系的对应关系。 

步骤4包括：步骤41、输入铸件坯料扫描模型作为毛坯，再输入零件三维模型作为零件；步骤42、根据三维比对确定的坐标系关系调整零件三维模型姿态，然后按照加工特征选择不同的策略进行数控编程，即按照钻铣排量、等高分层加工及等步距来选择变步距行切、恒功率恒扭矩变速切削及残留毛坯对铸件坯料1加工，铸件坯料1大面见光即可。 

步骤5包括：步骤51、将铸件坯料1模型和数控程序导入数控机床仿真系统；步骤52、数控机床仿真系统进行加工仿真；步骤53、得到仿真刀具、工作和机床的运动情况及仿真后数控程序，同时进行干涉、碰撞、过切、欠切和超程检查。 

步骤6包括：步骤61、将仿真后数控程序传输至机床；步骤62、在机床上安装检测探头，编制探头检测程序，获取铸件坯料1上已加工面和非加工面上的点坐标；步骤63、将点坐标与零件三维模型进行比对，分析误差，验证基准的正确性及修正基准。 

步骤7按照确定的基准进行加工，零件各方面综合性能提高99％以上。 

当使用本发明复杂铸件机加工艺基准确定方法时。 

（1）加工基准特征 

如图2-3所示，分析铸件坯料1的结构特点，选择铸件坯料大端面和内孔圆环面为基准特征，并加工大端面和内孔面见光（见光面大于或等于80％），同时在大端面上加工Ф8H7销孔，用于确定坐标系。 

（2）三维照像或扫描 

采用三维照像或扫描设备对铸件坯料1所有型面进行拍照，去除多余的噪声点，获得铸件坯料1的三维点云模型。根据第（1）步加工的基准特征建立坐标系，内孔中心为坐标原点O，大端面为Z轴零点，Y轴指向销孔中心，通过后处理转化为三角面片格式文件，其后缀为.stl。 

（3）三维比对 

在三维软件中为零件三维模型建立坐标系，坐标系方向与铸件坯料1模型一致（也可任意建立），同时导入铸件坯料1模型和零件模型，以铸件坯料内型非加工面为比对基准，在铸件坯料模型和零件模型内型相应位置选取特征点进行粗对齐，再通过最佳拟合方式。辅助于6个方向平移和6个方向旋转进行微调，创建径向截面如图4所示，截面中以铸件坯料1理论轮廓线为基准，按照设计公差±0.5mm向内外偏置轮廓线，分析铸件坯料1实物内外轮廓线是否包络在偏置轮廓线内，类似创建轴向截面如图5示。分析截面中铸件坯料1轮廓线与铸件坯料1实际轮廓线的误差不大于±0.5mm，从而确定铸件坯料模型和零件模型之间的坐标系关系Trx0.523、Try-2.146、Trz-5.325、Rox0、Roy0.024、Roz0.162。 

（4）五轴数控编程 

在三维CAM软件中导入铸件坯料1模型并固定，再导入零件模型，根据第（3）步确定的两者坐标系之间的关系进行相应位置移动，以铸件坯料模型为毛坯进行数控编程，采用平面铣、大曲面铣等方式以及走刀进退刀策略编制数控程序。 

（5）数控加工仿真和加工 

在数控加工仿真软件中建立机床仿真模型，导入铸件坯料1模型和数控程序，制定仿真坐标系和刀具后进行仿真切削。通过查看报警情况，可判别有无过切、欠切、碰撞和干涉等。若无任何报警现象，即可将数控程序传输至机床进行加工。加工坐标系的确定必须与铸件坯料1模型坐标系一致。 

（6）在机检测 

在三维工具软件中以零件模型为依据，首先在零件模型内外型面上创建系列结点。根据结点数量和位置编制探头检测程序，传输至机床后运行检测程序，获取铸件坯料1上已加工面和非加工面上的点坐标，将点坐标与零件三维模型进行比对，分析误差与铸件坯料1所留余量的一致性，验证基准的正确性，若有偏差，可及时修正基准。 

（7）零件加工 

按照确定后的铸件坯料1加工基准进行加工，完成零件的加工。 

本发明提供的复杂铸件机加工艺基准确定方法根据铸件坯料的结构特点确定加工基准特征，根据加工基准特征通过三维照相或扫描得出坐标系，根据坐标系，进行三维比对，确定零件三维模型与铸件坯料的三维模型坐标系的对应关系，然后进行五轴数控编程，将所述铸件坯料模型和数控程序导入数控机床仿真系统，进行数控仿真和加工，将仿真后数控程序传输至机床，进行在机检测，然后进行零件加工，解决了采用传统划线方法协调不全面、效率低、协调次数多等问题，效率高。 

Claims (8)

1.一种复杂铸件机加工艺基准确定方法，用来加工铸件坯料（1）以制备零件；其特征在于，包括以下步骤：步骤1、加工基准特征，得出所述铸件坯料（1）的基准平面；步骤2、三维照相或扫描所述铸件坯料（1）的基准平面，建立坐标系；步骤3、三维比对，在三维应用软件中根据铸件坯料（1）的基准平面建立坐标系，与零件三维模型进行比对，确定对应关系；步骤4、五轴数控编程，根据三维比对确定的坐标系关系调整零件三维模型姿态，然后进行数控编程；步骤5、数控仿真和加工，将所述铸件坯料模型导入数控机床仿真系统进行加工仿真，得到仿真数控程序；步骤6、在机检测，将仿真数控程序传输到机床，获取在铸件坯料上的点坐标，将点坐标与零件三维模型进行比对，验证基准准确性；步骤7、零件加工。

2.根据权利要求1所述的基准确定方法，其特征在于：步骤1包括：步骤11、确定所述铸件坯料（1）的结构特征；步骤12、在所述铸件坯料（1）上至少加工三个互相垂直的基准平面。

3.根据权利要求2所述的基准确定方法，其特征在于：步骤2包括：步骤21、采用三维照相或扫描方式获得所述铸件坯料（1）的三维点云数据；步骤22、根据所述基准平面建立坐标系；步骤23、将三维点云数据处理成三角面片格式。

4.根据权利要求3所述的基准确定方法，其特征在于：所述三维照相或扫描采用的三维照相设备或激光扫描设备；所述三维照相设备或激光扫描设备的照相或扫描和拼接精度在0.1mm以内。

5.根据权利要求3所述的基准确定方法，其特征在于：步骤3包括：步骤31、在三维应用软件中依据已加工的所述基准平面为所述铸件坯料（1）扫描模型建立坐标系；步骤32、任意建立所述零件三维模型的坐标系；步骤33、以所述铸件坯料（1）非加工面为基准，将所述铸件坯料（1）扫描模型和所述零件三维模型进行比对，同时可采用旋转或平移方式进行微调零件三维模型，通过横向和纵向或轴向和径向截面分析余量分布情况；步骤34、最终确定所述零件三维模型和所述铸件坯料（1）扫描模型坐标系的对应关系。

6.根据权利要求5所述的基准确定方法，其特征在于：步骤4包括：步骤41、输入所述铸件坯料（1）扫描模型作为毛坯，再输入所述零件三维模型作为零件；步骤42、根据三维比对确定的坐标系关系调整所述零件三维模型姿态，然后按照加工特征选择不同的策略进行数控编程，所述铸件坯料（1）大面见光即可。

7.根据权利要求6所述的基准确定方法，其特征在于：步骤5包括：步骤51、将所述铸件坯料（1）模型和数控程序导入数控机床仿真系统；步骤52、数控机床仿真系统进行加工仿真；步骤53、得到仿真刀具、工作和机床的运动情况及仿真后数控程序，同时进行干涉、碰撞、过切、欠切和超程检查。

8.根据权利要求7所述的基准确定方法，其特征在于：步骤6包括：步骤61、将仿真后数控程序传输至机床；步骤62、在机床上安装检测探头，编制探头检测程序，获取铸件坯料（1）上已加工面和非加工面上的点坐标；步骤63、将点坐标与零件三维模型进行比对，分析误差，验证基准的正确性及修正基准。

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