CN104070513A - 薄壁异型铸造舱体的精密划线方法 - Google Patents

薄壁异型铸造舱体的精密划线方法 Download PDF

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Abstract

本发明所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，采用基于外形粗基准划外形加工型面线的粗划线方式，使用激光测量机扫描内腔型面的数据采集方式，依据内腔点云建立工件坐标系的方式，精确调整外型加工型面线的方式。可以提前预判零件可加工性，保证加工过程中壁厚均匀，且不会出现薄点，提高了薄壁异型铸造舱体的划线精度，有效控制壁厚不均匀问题，提高了产品合格率；运用于实际生产中会产生很大的经济效益，具有很强的应用前景。

Description

薄壁异型铸造舱体的精密划线方法
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，涉及一种薄壁异型铸造舱体的精密划线方法。
背景技术
因为具有重量轻、节约材料、结构紧凑等特点，薄壁铸造舱体零件已被广泛应用到多种型号导弹武器装备中。而随着导弹武器产品技战术指标的不断提高，重量要求越来越严格，一般不超过理论重量的15%，内腔铸造留量也就相应减少到0.5mm～1mm，那么控制壁厚就是加工生产过程中的关键技术，也是目前生产中的瓶颈技术。在机械加工中常因划线位置不够准确，造成零件壁厚不均匀而报废。
目前薄壁铸造舱体零件划线方法比较单一，通常使用内腔中关键部位作为划线基准，将外形加工型面线返到外形上，作为加工外形的基准。这种方法因不能全局照顾内型型面与外形型面贴合度而导致壁薄情况时有发生，严重影响了产品合格率。
本方法在粗划线的基础上，利用激光扫面内腔全尺寸模型与外形预留基准，通过分析基于内腔数据的工件坐标系与铸造外形基准之间的位置关系来精确调整外形加工线以提高划线精度。
发明内容
本发明的技术方案是提供一种薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，该方法实现对薄壁铸造舱体零件精密划线，解决加工过程中零件的壁厚不均匀问题，可以提前预判零件可加工性，保证加工过程中壁厚均匀，且不会出现薄点，提高了薄壁异型铸造舱体的划线精度，有效控制壁厚不均匀问题，提高了产品合格率；运用于实际生产中会产生很大的经济效益，具有很强的应用前景。
本发明的技术方案为：
一种薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，采用基于外形粗基准划外形加工型面线的粗划线方式，使用激光测量机扫描内腔型面的数据采集方式，依据内腔点云建立工件坐标系的方式，精确调整外型加工型面线的方式；该方法具体步骤如下：
第一步：铸造工件时在工件外形上预留基准凸台，并按此基准的中心位置划出外形加工型面线，外形加工型面线为水平平面线、对称平面线、端面线；
第二步：使用激光测量机扫描工件的内腔型面及基准凸台，采集内腔型面与外形基准凸台的三维数据，根据采集的三维数据的三坐标数据，构建内腔型面与外形基准凸台的点云图，将该图与内腔理论型面图对比，判断零件可加工性；
第三步：依据内腔点云图建立基于内腔数据的工件坐标系；
第四步：在基于内腔数据的工件坐标系上，画出外形加工基准平面线，将外形加工基准平面线分别与外形已存在凸台对比位置关系，计算出具体偏差数值；
第五步：按照步骤四中的偏差数值，调整工件上的基准凸台偏置相应的数值，并按调整后基准凸台的中心位置划出精确的外形加工型面线。
优选地，步骤一中，所述凸台位于工件的水平平面线、对称平面线、端面线上，机械加工时先将该基准凸台加工为圆台，再以该圆台作为机械加工划线的外形预留基准，并按此基准的中心位置划出外形加工型面线，按此基准的中心位置划出外形加工型面线。
优选地，步骤二中，将外形基准凸台点云与外形理论凸台点云重合，对比内腔理论型面与内腔型面的点云，如果内腔型面的点云全部位于内腔理论型面外，说明铸造工件余量足够，可以加工。
优选地，步骤二中，如果内腔型面的点云位于内腔理论型面点云内，说明此处铸造工件余量不足，不能继续加工；需调整内腔理论型面空间姿态，使内腔型面点云全部位于内腔理论型面内。
优选地，步骤四中，所述外形加工基准平面线为对称平面线、水平平面线、端面线。
优选地，步骤四中，所述偏差数值的计算方法为：在点云图中量取外形基准凸台与三个外形加工基准平面之间差值。
本发明所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法的有益效果为：可以提前预判零件可加工性，保证加工过程中壁厚均匀，且不会出现薄点，提高了薄壁异型铸造舱体的划线精度，有效控制壁厚不均匀问题，提高了产品合格率；运用于实际生产中会产生很大的经济效益，具有很强的应用前景。
通过全尺寸扫描内腔三维数据并建立基于该数据的工件坐标系来精确调整粗划线的方法解决薄壁异型铸造舱体加工过程中的壁厚不均匀问题。由于本设计通过全尺寸扫描内腔三维数据并建立基于该数据的工件坐标系来精确调整加工型面线的方法有效解决了薄壁异型铸造舱体加工过程中的壁厚不均匀问题。
附图说明
图1为工件内腔上部分扫描数据云图与理论数据云图比对的示意图;
图2为工件内腔下部分扫描数据云图与理论数据云图比对的示意图;
图3为基于内腔点云的加工型面线；
图4为工件（试验件）的三维图。
具体实施方式
本发明所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，采用基于外形粗基准划外形加工型面线的粗划线方式，使用激光测量机扫描内腔型面的数据采集方式，依据内腔点云建立工件坐标系的方式，精确调整外型加工型面线的方式；该方法具体步骤如下：
第一步：铸造工件时在工件外形上预留基准凸台，并按此基准的中心位置划出外形加工型面线，外形加工型面线为水平平面线、对称平面线、端面线；
所述凸台位于工件的水平平面线、对称平面线、端面线上，机械加工时先将该基准凸台加工为圆台，再以该圆台作为机械加工划线的外形预留基准，并按此基准的中心位置划出外形加工型面线，按此基准的中心位置划出外形加工型面线。
第二步：使用激光测量机扫描工件的内腔型面及基准凸台，采集内腔型面与外形基准凸台的三维数据，根据采集的三维数据的三坐标数据，构建内腔型面与外形基准凸台的点云图，将该图与内腔理论型面图对比，判断零件可加工性；
将外形基准凸台点云与外形理论凸台点云重合，对比内腔理论型面与内腔型面的点云，如果内腔型面的点云全部位于内腔理论型面外，说明铸造工件余量足够，可以加工。
如果内腔型面的点云位于内腔理论型面点云内，说明此处铸造工件余量不足，不能继续加工；需调整内腔理论型面空间姿态，使内腔型面点云全部位于内腔理论型面内。
第三步：依据内腔点云图建立基于内腔数据的工件坐标系；
第四步：在基于内腔数据的工件坐标系上，画出外形加工基准平面线，将外形加工基准平面线分别与外形已存在凸台对比位置关系，计算出具体偏差数值；
所述外形加工基准平面线为对称平面线、水平平面线、端面线。
所述偏差数值的计算方法为：在点云图中量取外形基准凸台与三个外形加工基准平面之间差值。
第五步：按照步骤四中的偏差数值，调整工件上的基准凸台偏置相应的数值，并按调整后基准凸台的中心位置划出精确的外形加工型面线。
现以一较佳的可行实施例详细说明如下：
如图1-4所示，试验加工的零件为航天薄壁铸造舱体零件，使用千斤顶支撑工件，使用关节臂激光测量机扫描内腔，使用高度规进行划线，零件结构如附图4所示。
主要工艺设计过程如下：激光全尺寸扫描内腔并与理论模型比对差值如图1和2所示，建立基于内腔数据的工件坐标系如图3所示，计算理论加工线与实际加工线之间的差值。
利用上述划线方法加工后的零件，壁厚无薄点，且壁厚最薄位置共4处，该4处壁厚差值控制在0.3mm以下。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，便于该技术领域的技术人员能理解和应用本发明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下还可以做出若干简单推演或替换，而不必经过创造性的劳动。因此，本领域技术人员根据本发明的揭示，对本发明做出的简单改进都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，其特征在于：采用基于外形粗基准划外形加工型面线的粗划线方式，使用激光测量机扫描内腔型面的数据采集方式，依据内腔点云建立工件坐标系的方式，精确调整外型加工型面线的方式；该方法具体步骤如下：
第一步：铸造工件时在工件外形上预留基准凸台，并按此基准的中心位置划出外形加工型面线，外形加工型面线为水平平面线、对称平面线、端面线；
第二步：使用激光测量机扫描工件的内腔型面及基准凸台，采集内腔型面与外形基准凸台的三维数据，根据采集的三维数据的三坐标数据，构建内腔型面与外形基准凸台的点云图，将该图与内腔理论型面图对比，判断零件可加工性；
第三步：依据内腔点云图建立基于内腔数据的工件坐标系；
第四步：在基于内腔数据的工件坐标系上，画出外形加工基准平面线，将外形加工基准平面线分别与外形已存在凸台对比位置关系，计算出具体偏差数值；
第五步：按照步骤四中的偏差数值，调整工件上的基准凸台偏置相应的数值，并按调整后基准凸台的中心位置划出精确的外形加工型面线。
2.根据权利要求1所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，其特征在于：步骤一中，所述凸台位于工件的水平平面线、对称平面线、端面线上，机械加工时先将该基准凸台加工为圆台，再以该圆台作为机械加工划线的外形预留基准，并按此基准的中心位置划出外形加工型面线，按此基准的中心位置划出外形加工型面线。
3.根据权利要求2所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，其特征在于：步骤二中，将外形基准凸台点云与外形理论凸台点云重合，对比内腔理论型面与内腔型面的点云，如果内腔型面的点云全部位于内腔理论型面外，说明铸造工件余量足够，可以加工。
4.根据权利要求1所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，其特征在于：步骤二中，如果内腔型面的点云位于内腔理论型面点云内，说明此处铸造工件余量不足，不能继续加工；需调整内腔理论型面空间姿态，使内腔型面点云全部位于内腔理论型面内。
5.根据权利要求4所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，其特征在于：步骤四中，所述外形加工基准平面线为对称平面线、水平平面线、端面线。
6.根据权利要求5所述的薄壁异型铸造舱体的精密划线方法，其特征在于：步骤四中，所述偏差数值的计算方法为：在点云图中量取外形基准凸台与三个外形加工基准平面之间差值。
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