CN109799781A

CN109799781A - 一种曲面薄壁构件多次加工方法

Info

Publication number: CN109799781A
Application number: CN201811466372.8A
Authority: CN
Inventors: 李明; 梅雪松; 谭羽
Original assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS; Xian Jiaotong University
Current assignee: XiAn Institute of Optics and Precision Mechanics of CAS; Xian Jiaotong University
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-05-24

Abstract

为了解决曲面薄壁构件多次加工的精度问题，本发明提供了一种曲面薄壁构件多次加工方法，包括步骤：1)对构件进行一次加工；2)采集构件外部形貌的三维信息，根据三维信息逆向重建构件当前的三维模型；3)基于步骤2)得到的三维模型进行编程，得到下一次加工程序；4)依据步骤3)编制的加工程序对构件进行加工。本发明避免了传统多次加工方法“基准不准”的情况，减小了后续加工误差，因此本发明加工精度更高。

Description

一种曲面薄壁构件多次加工方法

技术领域

本发明属于加工制造技术领域，涉及一种曲面薄壁构件多次加工方法，尤其适用于对曲面薄壁构件进行多次激光加工。

背景技术

在加工制造技术领域，常需要对复杂曲面薄壁构件进行多次加工，且前序加工出的特征为后续加工的基准。然而，曲面薄壁构件在进行前序加工后，往往存在构件变形及加工误差，使前序加工的特征与理论模型不一致，导致后续加工存在“基准不准”的问题，进而增大了后续加工的累积误差。

发明内容

为了解决曲面薄壁构件多次加工的精度问题，本发明提供了一种曲面薄壁构件多次加工方法。

本发明的技术方案是：

一种曲面薄壁构件多次加工方法，包括步骤：

1)对构件进行一次加工；

其特殊之处在于，还包括步骤：

2)采集构件外部形貌的三维信息，根据三维信息逆向重建构件当前的三维模型，评估重建得到的三维模型与预期的构件阶段模型的误差，若误差超出允许范围，则上一次加工失败，当前构件作报废处理，取新的构件重新进行步骤1)-2)；若误差在允许范围内，则进入步骤3)；

3)基于步骤2)得到的三维模型进行编程，得到下一次加工程序；

4)依据步骤3)编制的加工程序对构件进行加工。

进一步地，还包括步骤5)：重复步骤2)-4)，对构件进行多次加工。

进一步地，步骤1)具体为：

1.1)将构件装夹在加工设备工作台上，并记录构件在机床坐标系内的位置；

1.2)以构件的理论模型为加工模型；

1.3)根据所述加工模型进行编程，得到第一次加工程序；

1.4)将所述第一次加工程序导入加工设备的数控系统，进行一次加工。

当构件装夹后产生较明显的变形时，步骤1)可具体采用下述方法，以消除第一次加工时的变形误差对加工精度的影响：

1.2)采集构件外部形貌的三维信息，根据三维信息逆向重建构件当前的三维模型；

1.3)根据1.2)得到的三维模型进行编程，得到第一次加工程序；

进一步地，步骤2)重建得到的构件当前的三维模型与实际工件之间的误差应满足加工误差指标要求。

进一步地，步骤2)是利用加工设备自带的三维数据采集系统采集构件的三维信息的。

与现有技术相比，本发明的优点：

1、本发明通过对前序加工完成后的复杂曲面薄壁构件进行三维测量和三维逆向，重构构件当前的三维模型，然后根据当前重构的三维模型(已经包含了装夹变形量和前序加工误差、变形量)，编制下一次加工程序，由于重构的三维模型与构件当前实际模型一致，不存在装夹和前序加工误差、变形，因此能够保证下一次加工的精度。

2、本发明避免了传统多次加工方法“基准不准”的情况，减小了后续加工误差，因此本发明加工精度更高。

3、将本发明的方法应用于激光加工制造，能够满足激光加工的高精度要求。

4、本发明在第N(N≥2)次加工前，通过评估重建得到的三维模型与预期的构件阶段模型的误差是否在允许范围内，若超出允许范围内，则不再进行第N次加工，避免了因上一次加工失误导致后续无意义的工艺操作，节省了综合成本。

5、事实上，用户关注的是最终产品是否满足预期，按照本发明的方案，在前序加工后薄壁构件产生的细微变形(主要体现在外轮廓)只要未超出最终产品误差允许范围，后续工艺是不受影响的。

附图说明

图1是本发明实施例一的方法流程图。

图2是本发明实施例二的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作详细说明。

实施例一：

如图1所示，曲面薄壁构件多次激光加工方法，包括步骤：

步骤1)：对构件进行一次激光加工；

1.1)将构件装夹在激光加工设备工作台上，并记录构件在机床坐标系内的位置；

1.2)以构件的理论模型为加工模型；或者先对构件进行三维扫描，根据扫描获得的三维信息逆向重建构件当前的三维模型，以该三维模型作为加工模型；

1.3)根据所述加工模型进行编程，得到第一次激光加工程序；

1.4)将所述第一次激光加工程序导入激光加工设备的数控系统，进行一次激光加工。

步骤2)：利用三维检测定位系统或者激光加工设备自带的三维数据采集系统采集构件外部形貌的三维信息，根据三维信息逆向重建构件当前的三维模型，评估重建得到的三维模型与预期的构件阶段模型的误差，若误差超出允许范围，则上一次激光加工失败，当前构件作报废处理，取新的构件重新进行步骤1)-2)；若误差在允许范围内，则进入步骤3)；

其中，每一次激光加工的预期构件阶段模型可以依据最终构件的理论模型反推得到；

为保证后续激光加工精度，应使重建得到的构件当前的三维模型与步骤1.3)确定的最终加工模型之间的误差满足加工误差指标要求；

三维信息逆向重建可采用Geomagic Design X、Faro Scene等软件实现。

步骤3)：基于步骤2)得到的三维模型进行编程，得到下一次激光加工

程序；

步骤4)：依据步骤3)编制的激光加工程序对构件进行激光加工。

步骤5)：重复步骤2)-4)，对构件进行多次激光加工。

实施例2：

如图2所示，曲面薄壁构件多次激光刻型、化铣制造方法，包括步骤：

步骤1)对构件进行一次激光刻型；

1.1)对构件表面进行喷砂处理，清理构件表面的锈蚀、附着物，喷砂清洁度等级要求达到Sa3级，以保证构件对胶层的附着力；

1.2)向构件表面喷胶，胶层厚度应尽可能地均匀(可采用已有的专用工装保证胶层均匀)，胶层厚度最好为0.1mm-0.8mm，因为胶层太厚不易刻透，太薄在刻型时易损伤基底，胶层厚度可以利用涡流测厚仪检测胶层厚度；

1.3)将构件装夹在激光刻型设备工作台上，利用三维检测定位系统检测并记录构件在机床坐标系内的位置，装夹过程要充分考虑构件的外形结构，避免损伤构件及胶面；

1.4)按照不同方向的化铣侵蚀比，对最终构件的理论模型上的表面图案进行缩放，确定第一次激光刻型的预期构件阶段模型(理论模型)；

1.5)根据所述第一次激光刻型的预期构件阶段模型进行编程，得到第一次激光刻型加工程序(加工轨迹)；

1.6)将所述第一次激光刻型加工程序导入激光刻型设备的数控系统，数控系统控制六轴五联动激光加工设备在构件表面进行一次刻型。

步骤2)对构件进行一次化铣；

2.1)撕去激光刻型后构件上待化铣部分的图案胶膜，撕胶膜时要求不能将其他区域的胶层带起；

2.2)利用化铣工装装夹构件后，将构件放入化铣池进行化铣，化铣时间按照构件设计的化铣深度进行确定。

步骤3)将一次化铣后的构件从化铣溶液取出，去除干净构件表面残留的胶层；

步骤4)将构件重新装夹到激光刻型设备工作台上；

步骤5)采集构件外部形貌的三维信息，根据三维信息逆向重建构件当前的三维模型；评估重建得到的三维模型与上一次激光刻型的预期构件阶段模型(理论模型)的误差，若误差超出允许范围，则上一次激光刻型、化铣失败，当前构件作报废处理，取新的构件重新进行步骤1)-5)；若误差在允许范围内，则进入步骤6)；

其中，每一次激光刻型的预期构件阶段模型可以依据最终构件的理论模型、侵蚀比、刻型线宽等参数，反推得到；

为保证下一次的激光刻型精度，要求重建得到的构件当前的三维模型与当前实际工件的误差小于0.03mm。

步骤6)基于步骤5)得到的三维模型、产品要求的化铣侵蚀比参数(化铣侵蚀位置、化铣侵蚀方向、化铣侵蚀深度)进行编程，得到下一次激光刻型加工程序；

步骤7)依据步骤6)编制的激光刻型加工程序对构件进行刻型；

7.1)从激光刻型设备工作台上卸下构件，并向构件表面喷胶，胶层厚度应尽可能地均匀(可采用已有的专用工装保证胶层均匀)，胶层厚度最好为0.1mm-0.8mm，因为胶层太厚不易刻透，太薄在刻型时易损伤基底，胶层厚度可以利用涡流测厚仪检测胶层厚度；

7.2)将构件装夹在工作台上，利用三维检测定位系统进行定位，确定工件在机床坐标系下的坐标；

7.3)将步骤6)编制的激光刻型加工程序导入激光刻型设备的数控系统，数控系统控制六轴五联动激光加工设备在构件表面进行刻型。

步骤8)对构件进行化铣；

8.1)撕去激光刻型后构件上待化铣部分图案的胶膜，撕胶膜时要求不能将其他区域的胶层带起；

8.2)利用化铣工装装夹构件后，将构件放入化铣池进行化铣，化铣时间按照构件设计的化铣深度进行确定。

步骤9)：重复步骤3)-8)，对构件进行多次刻型、化铣。

上述步骤中：

在每次激光刻型之后要利用显微镜进行检测，要求将胶层完全刻透，且对构件基底无损伤，刻型线宽小于0.3mm。若仅有少量胶层没有刻透，可以人工用手术刀补刻；若大量胶层未刻透，则需要重新再进行刻型。若构件基底有损伤，损伤深度小于0.2mm，可以继续进行后续化铣步骤；损伤深度大于等于0.2mm，则只能报废处理。

每次激光刻型的较佳加工参数：CO₂激光器功率为5W-50W，最好为30W，频率为100Hz-20000Hz，最好为1000Hz。该参数是经过大量试验验证得到的，当采用这个参数刻型时，刻的槽比较平滑，且容易刻透对基底也不会产生损伤。

Claims

1.一种曲面薄壁构件多次加工方法，包括步骤：

1)对构件进行一次加工；

其特征在于，还包括步骤：

4)依据步骤3)编制的加工程序对构件进行加工。

2.根据权利要求1所述的曲面薄壁构件多次加工方法，其特征在于，还包括步骤5)：重复步骤2)-4)，对构件进行多次加工。

3.根据权利要求1或2所述的曲面薄壁构件多次加工方法，其特征在于：步骤1)具体为：

1.2)以构件的理论模型为加工模型；

1.3)根据所述加工模型进行编程，得到第一次加工程序；

4.根据权利要求1或2所述的曲面薄壁构件多次加工方法，其特征在于：步骤1)具体为：

1.4)将所述第一次加工程序导入加工设备的数控系统，进行第一次加工。

5.根据权利要求1或2所述的曲面薄壁构件多次加工方法，其特征在于：步骤2)重建得到的构件当前的三维模型与实际工件之间的误差应满足加工误差指标要求。

6.根据权利要求1或2所述的曲面薄壁构件多次加工方法，其特征在于：步骤2)是利用加工设备自带的三维数据采集系统采集构件的三维信息的。