CN104985329A - 双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，包括如下步骤：1)建立双曲率化铣零件数学模型；2)选取零件成形前后变化相对小的对应两边，提取这两边在零件内形面上的外形弧线段；3)在两条外形弧线段取中点；4)在其中任一条外形弧线段上取一点H；5)过两中点和H点作平面P；该平面P即为定位孔所在的平面P；6)在平面P上作两个有界平面，即定位耳片，定位孔在定位耳片中间位置做出；采用曲面过渡的方式将定位耳片与零件的内形面连接；7)利用零件制造数据集制造零件，将零件放在三坐标激光刻型机上利用重新设计的定位孔进行点位，最终完成零件刻型工作。使零件可以在三坐标激光刻型机工装上进行定位，节约生产制造成本。

Description

双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法

技术领域

本发明属于化学铣切零件加工领域，具体涉及一种双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法。

背景技术

随着数字化制造技术的不断发展，为了提高加工精度，化学铣切(简称“化铣”)零件在加工中正逐步采用激光刻型机来进行保护胶膜刻型工作。前些年，由于激光刻型主要是应用与平面化铣零件和单曲率立体化铣零件，因此三坐标激光刻型机基本可以满足工作需要，但是近些年来，随着飞机结构复杂程度的增加，双曲率立体化铣零件数量剧增。由于双曲率立体化铣零件在工装上的定位孔孔位法向适量线无法保证相互平行，因此，双曲率立体化铣零件在三坐标激光刻型机相互平行的柔性工装上无法定位，进而无法对零件进行刻型。为了节约加工成本，现有在不引进五坐标激光刻型的前提下，寻求一种可以使双曲率立体化铣零件在三坐标激光刻型机定位和加工方法。

发明内容

本发明目的是提供一种双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，以解决双曲率立体化铣零件在三坐标激光刻型机柔性工装上无法定位的问题。

本发明为达到上述发明目，采用的技术方案为：

双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，包括如下步骤：

1)建立双曲率化铣零件数学模型；

2)选取零件成形前后变化相对小的对应两边，提取这两边在零件内形面上的外形弧线段L₁和L₂；

3)在外形弧线段L₁上选取中点A，在外形弧线段L₂上选取中点B；

4)在外形弧线段L₁上取一点H，点H与点A在L₁上的距离为n，或是在外形弧线段L₂上取点C，点C与点B在L₂上的距离为n；

5)过A、B、C点作平面P或是过A、B、H点作平面P；该平面P即为定位孔所在平面P；

6)在平面P上作两个有界平面P₁和P₂，所述平面P₁位于零件外形弧线段L₁的外侧，与外形弧线段L₁上中点A的位置相对应，所述平面P₂位于零件外形弧线段L₂的外侧，与外形弧线段L₂上中点B的位置相对应；在有界平面P₁上作定位孔Ⅰ，在有界平面P₂上作定位孔Ⅱ；将有界平面P₁和P₂分别与零件内形面采取曲面过渡方式完成曲面连接，即完成零件制造数据集；

7)利用零件制造数据集制造零件，将零件放在三坐标激光刻型机柔性工装上利用零件上的定位孔Ⅰ和Ⅱ进行定位，最终完成所述零件的刻型工作。

所述的双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，所述步骤6)具体为，将外形弧线段L₁和L₂沿零件内形面向外部平移30mm，得到弧线段L₁′和L₂′，将弧线段L₁′和L₂′向平面P投影，得到弧线段L₁″和L₂″，在平面P内将弧线段L₁″的两端点连接形成直线段L₃，将弧线段L₂″的两端点连接形成直线段L₄，将L₃和L₄在平面P上分别向零件的外侧平移50mm，分别得到线段L₃′和L₄′，将点A沿法向投影到线段L₃′上得点A′，点C沿法向投影到线段L₄′上得点C′，在线段段L₃′上以点A′为基准在其两侧30mm处取点D和E，在线段L₄′上以点C′为基准在其两侧30mm处取点F和G，连接点D和E得线段DE，连接点F和G得线段FG；

在将点D和E投影到弧线段L₁′上的点D′和E′，将弧线段L₁′的两端分别修剪到点D′和E′，得弧线段D′E′，将弧线段D′E′向沿零件的内形面向零件的外侧平移30mm后将弧线段D′E′上的点D′和E′向平面P内投影得点D″和E″，连接点D″和E″，得线段D″E″。以线段DE和弧线段D′E′构建曲面S₁，以线段DE和D″E″构建有界平面P₁，即定位耳片Ⅰ，P₁和S₁分别与零件内形面连接，连接处倒角为R20，在有界平面P₁内做出定位孔Ⅰ；

在将点F和G投影到弧线段L₂′上的点F′和G′，将弧线段L₂′的两端分别修剪到点F′和G′，得弧线段F′G′，将弧线段F′G′向沿零件的内形面向零件的外侧平移30mm后将弧线段F′G′上的点F′和G′向平面P内投影得点F″和G″，连接点F″和G″，得线段F″G″。以线段FG和弧线段F′G′构建曲面S₂，以线段FG和F″G″构建有界平面P₂，即定位耳片Ⅱ，P₂和S₂分别与零件内形面连接，连接处倒角为R，在有界平面P₂内做出定位孔Ⅱ，即完成零件制造数据集。

所述的双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，所述倒角R的取值范围为10-30mm。

所述的双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，所述步骤4)中n的取值范围为10-30mm。

本发明具有以下技术效果：

本发明双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法通过对双曲率立体化铣零件三维制造数据集进行重新设计，保证定位孔法向矢量线能够相互平行，从而使零件可以在三坐标激光刻型机工装上进行定位，最终完成零件的激光刻型工作。

本发明方法可以保证双曲率立体化铣零件定位孔始终平行。

本发明方法解决了双曲率立体化铣零件在三坐标刻型机柔性工装上无法定位的问题，提高了三坐标激光刻型机利用率，节省制造成本，提高了零件加工质量和生产效率。

本发明方法可广泛用于航空、航天等涉及化铣零件激光刻型加工的装备制造行业。

附图说明

图1为实施例中一双曲率立体化铣零件数模，即工程数据集。

图2为实施例中一双曲率立体化铣零件传统定位孔法向矢量线。

图3为实施例中一双曲率立体化铣零件制造数据集设计过程示意图。

具体实施方式

双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，包括如下步骤：

1)建立双曲率化铣零件数学模型。

2)选取零件成形前后变化相对小的对应两边，提取这两边在零件内形面上的外形弧线段L₁和L₂。

3)在外形弧线段L₁上选取中点A，在外形弧线段L₂上选取中点B。

4)在外形弧线段L₁上取一点H，点H与点A在L₁上的距离为n，或是在外形弧线段L₂上取点C，点C与点B在L₂上的距离为n；n的取值范围为10-30mm。

5)过A、B、C点作平面P或是过A、B、H点作平面P；该平面P即为定位孔所在平面P。

6)在平面P上作两个有界平面P₁和P₂，所述平面P₁位于零件外形弧线段L₁的外侧，与外形弧线段L₁上中点A的位置相对应，所述平面P₂位于零件外形弧线段L₂的外侧，与外形弧线段L₂上中点B的位置相对应；在有界平面P₁上作定位孔Ⅰ，在有界平面P₂上作定位孔Ⅱ；将有界平面P₁和P₂分别与零件内形面采取曲面过渡方式完成曲面连接，即完成零件制造数据集。

7)利用零件制造数据集制造零件，将零件放在三坐标激光刻型机柔性工装上利用零件上的定位孔Ⅰ和Ⅱ进行定位，最终完成所述零件的刻型工作。

实施例

如图2所示一双曲率立体化铣零件，该零件的两个定位孔的正常定位孔法向矢量线a和b不平行，而三坐标激光刻型机柔性工装定位销相互平行，因此该带定位孔的双曲率立体化铣零件无法在三坐标的柔性工装上定位。

因此采用本发明双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法对该双曲率立体化铣零件重新设计定位孔，使定位孔的法向矢量线平行，具体步骤如下：

1)建立该双曲率立体华西零件的数学模型(简称“数模”)，该数模不具有原零件的定位孔，即忽略零件上定位孔的数模如图1所示；

2)选取零件成形前后变化相对小的对应两边1和2，提取这两边在零件内形面7的外形弧线段L₁和L₂，如图3所示；

3)在L₁上选取中点A，在L₂上选取中点B；

4)在L₂上距离B点20mm处取点C；

5)过A、B、C点作平面P，该平面P即为定位孔所在平面P；

6)将外形弧线段L₁和L₂沿零件内形面7向外部平移30mm，得到弧线段L₁′和L₂′，将弧线段L₁′和L₂′向平面P投影，得到弧线段L₁″和L₂″，在平面P内将弧线段L₁″的两端点连接形成直线段L₃，将弧线段L₂″的两端点连接形成直线段L₄，将L₃和L₄在平面P上分别向零件的外侧平移50mm，分别得到线段L₃′和L₄′(图3未显示线段全部)，将点A沿法向投影到线段L₃′上得点A′，点C沿法向投影到线段L₄′上得点C′，在线段段L₃′上以点A′为基准在其两侧30mm处取点D和E，在线段L₄′上以点C′为基准在其两侧30mm处取点F和G，连接点D和E得线段DE，连接点F和G得线段FG；

在将点D和E投影到弧线段L₁′上的点D′和E′，将弧线段L₁′的两端分别修剪到点D′和E′，得弧线段D′E′，将弧线段D′E′向沿零件的内形面向零件的外侧平移30mm后将弧线段D′E′上的点D′和E′向平面P内投影得点D″和E″，连接点D″和E″，得线段D″E″。以线段DE和弧线段D′E′构建曲面S₁，以线段DE和D″E″构建有界平面P₁，即定位耳片Ⅰ5，P₁和S₁分别与零件内形面连接，连接处倒角为R20，在有界平面P₁内做出定位孔Ⅰ3；

在将点F和G投影到弧线段L₂′上的点F′和G′，将弧线段L₂′的两端分别修剪到点F′和G′，得弧线段F′G′，将弧线段F′G′向沿零件的内形面向零件的外侧平移30mm后将弧线段F′G′上的点F′和G′向平面P内投影得点F″和G″，连接点F″和G″，得线段F″G″。以线段FG和弧线段F′G′构建曲面S₂，以线段FG和F″G″构建有界平面P₂，即定位耳片Ⅱ6，P₂和S₂分别与零件内形面连接，连接处倒角为R20，在有界平面P₂内做出定位孔Ⅱ4。即完成制造数据集的设计，由于平面P、P₁和P₂都在同一平面内，因此，定位孔Ⅰ和定位孔Ⅱ法向矢量线平行。

7)按照上述制造数据集加工制造零件，零件成形时要保留定位耳片Ⅰ5和Ⅱ6及定位耳片Ⅰ5和Ⅱ6上的定位孔片Ⅰ和Ⅱ，将带有定位孔片Ⅰ和Ⅱ的零件放在三坐标激光刻型机的柔性工装上，利用耳片上Ⅰ和Ⅱ的定位孔片Ⅰ和Ⅱ就可以使该双曲率立体化铣零件在三坐标柔性工装上定位，进而完成化铣零件的激光刻型工作。

Claims (4)

1.双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)建立双曲率化铣零件数学模型；

2)选取零件成形前后变化相对小的对应两边，提取这两边在零件内形面上的外形弧线段L₁和L₂；

3)在外形弧线段L₁上选取中点A，在外形弧线段L₂上选取中点B；

4)在外形弧线段L₁上取一点H，点H与点A在L₁上的距离为n，或是在外形弧线段L₂上取点C，点C与点B在L₂上的距离为n；

5)过A、B、C点作平面P或是过A、B、H点作平面P；该平面P即为定位孔所在平面P；

6)在平面P上作两个有界平面P₁和P₂，所述平面P₁位于零件外形弧线段L₁的外侧，与外形弧线段L₁上中点A的位置相对应，所述平面P₂位于零件外形弧线段L₂的外侧，与外形弧线段L₂上中点B的位置相对应；在有界平面P₁上作定位孔Ⅰ，在有界平面P₂上作定位孔Ⅱ；将有界平面P₁和P₂分别与零件内形面采取曲面过渡方式完成曲面连接，即完成零件制造数据集；

7)利用零件制造数据集制造零件，将零件放在三坐标激光刻型机柔性工装上利用零件上的定位孔Ⅰ和Ⅱ进行定位，最终完成所述零件的刻型工作。

2.根据权利要求1所述的双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，其特征在于，所述步骤6)具体为，将外形弧线段L₁和L₂沿零件内形面向外部平移30mm，得到弧线段L₁′和L₂′，将弧线段L₁′和L₂′向平面P投影，得到弧线段L₁″和L₂″，在平面P内将弧线段L₁″的两端点连接形成直线段L₃，将弧线段L₂″的两端点连接形成直线段L₄，将L₃和L₄在平面P上分别向零件的外侧平移50mm，分别得到线段L₃′和L₄′，将点A沿法向投影到线段L₃′上得点A′，点C沿法向投影到线段L₄′上得点C′，在线段段L₃′上以点A′为基准在其两侧30mm处取点D和E，在线段L₄′上以点C′为基准在其两侧30mm处取点F和G，连接点D和E得线段DE，连接点F和G得线段FG；

在将点D和E投影到弧线段L₁′上的点D′和E′，将弧线段L₁′的两端分别修剪到点D′和E′，得弧线段D′E′，将弧线段D′E′向沿零件的内形面向零件的外侧平移30mm后将弧线段D′E′上的点D′和E′向平面P内投影得点D″和E″，连接点D″和E″，得线段D″E″。以线段DE和弧线段D′E′构建曲面S₁，以线段DE和D″E″构建有界平面P₁，即定位耳片Ⅰ，P₁和S₁分别与零件内形面连接，连接处倒角为R20，在有界平面P₁内做出定位孔Ⅰ；

在将点F和G投影到弧线段L₂′上的点F′和G′，将弧线段L₂′的两端分别修剪到点F′和G′，得弧线段F′G′，将弧线段F′G′向沿零件的内形面向零件的外侧平移30mm后将弧线段F′G′上的点F′和G′向平面P内投影得点F″和G″，连接点F″和G″，得线段F″G″。以线段FG和弧线段F′G′构建曲面S₂，以线段FG和F″G″构建有界平面P₂，即定位耳片Ⅱ，P₂和S₂分别与零件内形面连接，连接处倒角为R，在有界平面P₂内做出定位孔Ⅱ，即完成零件制造数据集。

3.根据权利要求2所述的双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，其特征在于，所述倒角R的取值范围为10-30mm。

4.根据权利要求1-3任一所述的双曲率立体化铣零件激光刻型加工方法，其特征在于，所述步骤4)中n的取值范围为10-30mm。