CN109213070B

CN109213070B - 一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法

Info

Publication number: CN109213070B
Application number: CN201810235854.6A
Authority: CN
Inventors: 张为民; 肖世宏; 杨会芳; 丁悦; 刘畅
Original assignee: AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Current assignee: AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute
Priority date: 2018-03-21
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2020-08-04
Anticipated expiration: 2038-03-21
Also published as: CN109213070A

Abstract

本发明涉及一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法。该方法包括：获取厚度数据，通过电磁超声测厚探头获得金属件的轮廓厚度信息并发送至在线测控的嵌入式控制系统；获取主轴刀数据，采集设备的主轴刀数据并发送至嵌入式控制系统；获取支撑轴数据，采集支撑轴的数据并发送至在嵌入式控制系统；分析处理数据，通过数据关联网络将获取得的各数据进行融合，并嵌入式控制系统进行分析处理；结果数据反馈，将在线测控的嵌入式控制系统分析处理后的结果数据与预设的加工数据模型进行比较评估，将结果数据反馈至相应控制轴，调整镜像铣削设备的主轴刀进给，以及调整支撑轴的动作，使主轴刀进给、支撑轴的动作与金属件的轮廓厚度相适应。

Description

一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法

技术领域

本发明涉及薄壁零件加工技术领域，特别是涉及一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法。

背景技术

薄壁结构类零件包括飞机蒙皮、汽车覆盖件等，飞机大型金属机身蒙皮类零件的应用需求非常巨大，蒙皮结构复杂程度和加工精度随着飞机性能要求的提升而发生很大变化，传统加工工艺已经不能满足当前的绿色环保、节能减排、加工精度等要求。

镜像铣削技术是一种绿色环保和可持续发展的高效高精度机身蒙皮壁板类零件绿色制造方法。但是对于大型蒙皮零件，蒙皮曲面进行单点支撑支持，蒙皮是薄壁零件，在刀具对夹持点之间的悬空区域，特别是薄壁蒙皮施加切削力时，该部位蒙皮会不可避免地发生震颤，使切削深度和表面粗糙度无法控制，达不到蒙皮零件厚度尺寸的精度要求。

现有的镜像铣削设备对于薄壁结构类零件的加工厚度控制所采用的方法，严格的讲还是属于离线测量和后置补偿再加工相结合的控制厚度公差方法，在精确性、灵活性、集成性等方面均存在不足。在采用现有镜像铣削设备时，发现零件在加工过程中存在着热变形和弹性变形，同时由于刚度不足还会导致颤振变形。若按照原有的数学模型和测量数据模型进行镜像铣削，将会使得零件表面的切削深度偏离原设计；继而使整个零件在厚度上的均匀性被完全破坏。因而有必要对现有的镜像铣削技术进行改进，通过实时在线地采集被加工件的轮廓厚度信息，实现对镜像铣削过程中加工厚度的适应性控制。

因此，发明人提供了一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法。

发明内容

本发明实施例提供了一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，该装置采用电磁超声测厚探头非接触式的获取被加工金属件的厚度，发送至在线测控的嵌入式控制系统，并结合获取的主轴刀的位置数据信息、以及支撑轴数据信息，进行数据的分析处理，将处理结果反馈至各相应的控制轴进行运动控制，从而使主轴刀的进给、支撑轴的动作与金属件的厚度相适应，解决了现有设备欠缺数据关联性、分析处理和反馈控制的问题。

本发明的实施例提出了一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，该方法包括：

获取厚度数据，通过电磁超声测厚探头获得被加工金属件的轮廓厚度信息，并传输至在线测控的嵌入式控制系统；

获取主轴刀数据，采集镜像铣削设备的主轴刀的位置数据并发送至所述在线测控的嵌入式控制系统；

获取支撑轴数据，采集用于驱动所述电磁超声测厚探头的支撑轴的数据并发送至所述在线测控的嵌入式控制系统；

分析处理数据，通过数据关联网络将获取得所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行信息融合，并由所述在线测控的嵌入式控制系统进行分析处理；

结果数据反馈，将所述在线测控的嵌入式控制系统分析处理后的结果数据与预设的加工数据模型进行比较评估，将评估结果数据反馈至相应控制轴，用于调整所述镜像铣削设备的主轴刀进给，以及调整所述支撑轴的动作，使所述主轴刀进给、所述支撑轴的动作与所述金属件的轮廓厚度相适应。

在第一种可能的实现方式中，所述获取厚度数据的方法包括：

将所述电磁超声测厚探头设置在用于安装所述电磁超声测厚探头的柔性支撑装置内，通过所述支撑轴控制所述柔性支撑装置的动作；

将所述柔性支撑装置的光滑接触端与所述被加工金属件的轮廓表面直接接触，此时，所述电磁超声测厚探头在所述柔性支撑装置内，非接触式实时采集所述金属件的厚度数据。

结合上述可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述获取主轴刀数据的方法包括：

将镜像铣削设备的主轴刀设置在主轴刀控制轴上，通过控制所述主轴刀控制轴的直线运动控制所述主轴刀的进给运动；

在所述主轴刀控制轴上设有第一嵌入式运动控制模块，用于控制所述主轴刀控制轴的直线运动状态，带动所述主轴刀沿控制轨迹进给；

通过所述第一嵌入式运动控制模块获取所述主轴刀控制轴的实时数据参数，并发送至所述在线测控的嵌入式控制系统。

结合上述可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述获取支撑轴数据的方法包括：

将安装有所述电磁超声测厚探头的柔性支撑装置与支撑轴连接安装，通过控制所述支撑轴的运行动作控制所述柔性支撑装置动作；

在所述支撑轴上设有第二嵌入式运动控制模块，用于控制所述柔性支撑装置的直线运动状态，带动所述柔性支撑装置到达控制位置；

通过所述第二嵌入式运动控制模块获取所述支撑轴的实时数据参数，并发送至所述在线测控的嵌入式控制系统。

结合上述可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述支撑轴数据包括所述柔性支撑装置上的支撑末端位置数据和姿态数据、支撑压力数据及支撑接触传感信息。

结合上述可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述分析处理数据的方法包括：

所述在线测控的嵌入式控制系统中预设所述镜像铣削设备的理论参数数据；

在所述在线测控的嵌入式控制系统中设置嵌入式信息融合模块，用于将获取的所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行融合处理；

并且/或者，设置远程关联信息处理系统，用于远程控制所述镜像铣削设备上的在线测控的嵌入式控制系统，使所述在线测控的嵌入式控制系统对获取的所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行融合处理。

结合上述可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述结果数据反馈的方法包括：

在线测控的嵌入式控制系统中预设金属件的加工数据模型；

将所述分析处理后的结果数据与所述预设的加工数据模型的数据进行对比评估；

根据对比评估结果，所述在线测控的嵌入式控制系统分别控制所述主轴刀的控制轴以及所述支撑轴按照评估结果动作，使所述主轴刀进给、所述支撑轴的动作与所述金属件的轮廓厚度相适应。

结合上述可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，还包括设置远程数据信息处理器，用于远程控制在线测控的嵌入式控制系统、所述主轴刀的进给、所述支撑轴动作、所述电磁超声测厚探头及进行镜像铣削加工的数控系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是可以应用本发明实施例的示例性架构图。

图2是本发明实施例的镜像铣削过程中加工厚度的在线控制方法流程示意图。

图中：1：设备主轴；2：控制轴；3：金属件；4：柔性支撑装置；5：电磁超声探头；6：主轴刀。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的范围由权利要求书限定。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以避免对本发明造成不必要的模糊。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

为了克服现有技术的薄壁类零件在测厚中因局部変形和振动，影响测厚精度的问题，针对薄壁类零件的非接触式测厚功能的镜像铣削设备，通过采用柔性支撑装置非接触式的在线实时测量，将测厚数据传输至特有的嵌入式控制系统以进行实时控制，不仅克服了被测薄壁类零件的局部变形和振动问题，还能实现厚度加工误差补偿，保证零件加工满足精度要求。

在大型飞行器薄壁结构零件进行高精度镜像铣削时，其控制方法和控制过程是极其复杂的，因零件的材质和薄壁结构特征及由环境和加工所造成的热变形、弹性变形与振颤，使得镜像铣削设备难以按既有加工程序简单直接的在厚度均匀性方面获得高精度和高质量的加工结果。

图1是可以应用本发明实施例的示例性架构图。

本发明的镜像铣削过程中加工厚度的在线控制方法可以应用于如图1所示的场景中。对薄壁类的金属件3进行镜像铣削，在设置的主轴1上安装有主轴刀6的控制轴2，在镜像联动支撑轴的柔性支撑装置4中嵌入电磁超声探头5，能进行实时测厚获取金属件3的厚度数据，并且在支撑装置4的控制轴中以及在主轴刀6的控制轴还嵌入了可以感知数据信息的嵌入式运动控制，可以分别获取柔性支撑装置4的支撑轴及主轴刀6的数据信息，然后经数据关联网络将获取的这些数据信息发送至在线测控的嵌入式控制系统进行分析处理，通过将处理后的结果数据反馈至各个执行控制轴，主轴刀6与柔性支撑装置4的支撑轴既可自主控制又可受在线测控的嵌入式控制系统间接控制，从而能够使主轴刀进给、支撑轴的动作与被加工金属件的轮廓厚度相协同适应，进而使薄壁结构类零件镜像铣削加工的精度、速度、效率和质量均有很大提高。

结合图1和图2所示，本发明的在线控制方法流程包括步骤S210-步骤S250：

步骤S210，获取厚度数据，通过电磁超声测厚探头获得被加工金属件的轮廓厚度信息，并传输至在线测控的嵌入式控制系统。

在本步骤中还包括，将电磁超声测厚探头设置在用于安装该电磁超声测厚探头的柔性支撑装置内，通过该支撑轴控制柔性支撑装置的动作，以使柔性支撑装置到达指定的金属件测厚接触位置。将该柔性支撑装置的支撑块上光滑接触端与被加工金属件的轮廓表面直接接触，此时，电磁超声测厚探头在该柔性支撑装置内，非接触式实时采集所述金属件的厚度数据。

由于柔性支撑装置的光滑接触端采用具有润滑性能的特定材料，接触时不会对被加工金属件造成损伤，同时电磁超声测厚探头与金属件非接触式在线采集厚度数据，相比于传统的超声探头，省去了复杂笨重的水基耦合剂供配与回收系统，使在线测控系统更轻便。

另外，因电磁超声测厚探头设置在柔性支撑装置内，具有非接触和倾斜冗余的特点，使得镜像铣削设备进行在线自动测量时，即使被测金属件存在一定的变形，当电磁超声测厚端与指定的零件测量接触位置和接触法向发生有限偏离时，也能够正确无误地采集到零件的厚度信息，从而保证了在线自动测厚结果的可靠与稳定。

步骤S220，获取主轴刀数据，采集镜像铣削设备的主轴刀数据并发送至在线测控的嵌入式控制系统。

在本步骤中还包括，将镜像铣削设备的主轴刀设置在主轴刀控制轴上，通过控制主轴刀控制轴的直线运动控制该主轴刀的进给运动；以及，在主轴刀控制轴上设置第一嵌入式运动控制模块，用于控制该主轴刀控制轴的直线运动状态，从而带动该主轴刀沿控制轨迹进给；通过第一嵌入式运动控制模块获取该主轴刀控制轴的实时数据参数，并发送至在线测控的嵌入式控制系统。

由于在主轴刀的相应控制轴中嵌入第一运动控制模块，能够智能感知主轴刀控制轴的实时数据参数，从而关联的获得了主轴刀数据信息，实现了数据的实时智能采集，同时第一嵌入式运动控制模块可以形成数字化全闭环的控制回路，能够独立自主的直接控制主轴刀的进给，也能与在线测控的嵌入式控制系统进行信息的深度关联融合，使在线测控的嵌入式控制系统能够间接对主轴刀的进给进行控制，从而以更灵活、高效的方式在线实时控制主轴刀对被加工金属件进行相应的铣削加工。

步骤S230，获取支撑轴数据，采集用于驱动所述电磁超声测厚探头的支撑轴的数据并发送至在线测控的嵌入式控制系统。

在本步骤中还包括，将安装有所述电磁超声测厚探头的柔性支撑装置与支撑轴连接安装，通过控制该支撑轴的运行动作控制柔性支撑装置动作；在该支撑轴上设有第二嵌入式运动控制模块，用于控制柔性支撑装置的直线运动状态，带动该柔性支撑装置到达最佳支撑的控制位置；通过所述第二嵌入式运动控制模块获取支撑轴的实时数据参数，并发送至在线测控的嵌入式控制系统。

与步骤S230的具体操作类似，由于在柔性支撑装置的相应支撑控制轴中嵌入第二嵌入式运动控制模块，能够智能感知支撑控制轴的实时数据参数，从而关联的获得了支撑轴数据信息，实现了支撑轴数据的实时智能采集，同时第二嵌入式运动控制模块可以形成数字化全闭环的控制回路，能够独立自主的直接控制柔性支撑轴的运动，也能与在线测控的嵌入式控制系统进行信息的深度关联融合，使在线测控的嵌入式控制系统能够间接对柔性支撑装置的动作进行控制，从而以更灵活、高效的方式在线实时控制柔性支撑装置到达被加工金属件的最佳支撑位置。

需要说明的是，获取的支撑轴数据包括柔性支撑装置上的支撑末端位置数据和姿态数据、支撑压力数据及支撑接触传感信息。

步骤S240，分析处理数据，通过数据关联网络将获取的所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行信息融合，并由在线测控的嵌入式控制系统进行分析处理。

在本步骤中还包括，在线测控的嵌入式控制系统中预设镜像铣削设备的理论参数数据；在所述在线测控的嵌入式控制系统中设置嵌入式信息融合模块，用于将获取的所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行融合处理；同时，还可设置远程关联信息处理系统，用于远程控制该镜像铣削设备上的在线测控的嵌入式控制系统，使在线测控的嵌入式控制系统对获取的所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行融合处理。

通过预设镜像铣削设备的理论参数数据以及嵌入式信息融合模块，能够获得设备的现场关联信息，并建立起系统的理论定值数据库，可作为系统对实时采集的变值数据的分析处理时的参照，进而能对支撑轴进行变接触力、等接触力、变接触位置、等接触位置及综合参数方式的运动进行相应控制。

步骤S250，结果数据反馈，将在线测控的嵌入式控制系统分析处理后的结果数据与预设的加工数据模型进行比较评估，将评估结果数据反馈至相应控制轴，用于调整该镜像铣削设备的主轴刀进给，以及调整支撑轴的动作，使所述主轴刀进给、所述支撑轴的动作与所述金属件的轮廓厚度相适应。

在本步骤中还包括，在线测控的嵌入式控制系统中预设金属件的加工数据模型；将分析处理后的结果数据与该预设的加工数据模型的数据进行对比评估；根据对比评估结果，在线测控的嵌入式控制系统分别控制主轴刀的控制轴以及支撑轴按照评估结果动作，使所述主轴刀进给、所述支撑轴的动作与所述金属件的轮廓厚度相适应。

通过系统中预设的加工数据模型，能够直观、动态的实时进行相应的调节控制，能够根据评估判定的结果按照厚度适应性原则，更加精准的调控镜像铣削设备在主轴刀具延伸方向与柔性支撑装置的联动支撑方向进给补偿量。具体地，当系统处理结果显示加工厚度存在超限误差时，则即时在线地实施对轴向切深的动态补偿调控。当系统处理结果显示支撑状态存在问题时，则即时在线地实施对柔性联动支撑轴的调控（包括：支撑位置、支撑姿态和支撑力度等）。当显示以上二者都存在问题时，则需根据系统控制处理结果协调地实施刀具切深控制轴和柔性联动支撑轴的综合调控。由此即实现了对镜像铣削过程中的厚度适应性控制。

此外，本发明还可以设置远程数据信息处理器，用于远程控制在线测控的嵌入式控制系统、主轴刀的进给、支撑轴动作、电磁超声测厚探头及进行镜像铣削加工的数控系统。实施时，将远程数控信息处理器直接与现场系统联网，通过计算机等PC端进行直观显示控制。

综上所述，本发明通过在线测控的嵌入式控制系统集成了零件的实时在线测厚功能与同步测量调控各执行控制轴功能，通过数字化的控制系统对数据信息进行智能分析、判断、反馈，实现了主轴刀和柔性支撑装置与被加工金属件厚度的适应性调控。进而使薄壁结构类零件镜像铣削加工的精度、速度、效率和质量进一步提高了。此外，由于镜像铣削可应用于各种壁板类零件的加工，故本发明的方法不仅可用于航空、航天飞行器，亦广泛地适用于高铁、汽车、舰船等制造领域。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims

1.一种镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，包括：

所述获取厚度数据的方法包括：

将所述柔性支撑装置的光滑接触端与所述被加工金属件的轮廓表面直接接触，此时，所述电磁超声测厚探头在所述柔性支撑装置内，非接触式实时采集所述金属件的厚度数据；

分析处理数据，通过数据关联网络将获取的所述厚度数据、所述主轴刀数据及所述支撑轴数据进行信息融合，并由所述在线测控的嵌入式控制系统进行分析处理；

2.根据权利要求1所述的镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，所述获取主轴刀数据的方法包括：

3.根据权利要求1所述的镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，所述获取支撑轴数据的方法包括：

4.根据权利要求3所述的镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，所述支撑轴数据包括所述柔性支撑装置上的支撑末端位置数据和姿态数据、支撑压力数据及支撑接触传感信息。

5.根据权利要求1所述的镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，所述分析处理数据的方法包括：

6.根据权利要求1所述的镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，所述结果数据反馈的方法包括：

在线测控的嵌入式控制系统中预设金属件的加工数据模型；

7.根据权利要求1所述的镜像铣削过程中加工厚度的在线测控方法，其特征在于，还包括设置远程数据信息处理器，用于远程控制在线测控的嵌入式控制系统、所述主轴刀的进给、所述支撑轴动作、所述电磁超声测厚探头及进行镜像铣削加工的数控系统。