CN110281017B

CN110281017B - 一种曲面锻件中心孔的钻取方法

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Publication number: CN110281017B
Application number: CN201910657625.8A
Authority: CN
Inventors: 郭勇; 何海; 黄基平; 田宇; 邓淋方; 刘松伟; 马丽; 段洪良; 王磊
Original assignee: Hengshui Zhongyu Tiexin Equipment Engineering Co ltd
Current assignee: Hengshui Zhongyu Tiexin Equipment Engineering Co ltd
Priority date: 2019-07-20
Filing date: 2019-07-20
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2039-07-20
Also published as: CN110281017A

Abstract

本发明属于机械加工技术领域，具体的讲涉及一种曲面锻件中心孔的钻取方法。其主要技术方案：包括以下步骤，确定钻取中心孔时的基准孔理论坐标，根据待加工的曲面锻件的外观尺寸，计算得出所有中心孔的理论相对坐标；定位曲面锻件后，检测基准孔的实际坐标，计算得出坐标偏差；由坐标偏差与所有中心孔的理论相对坐标结合，即得到所有中心孔的实际相对坐标；根据所有中心孔的实际相对坐标，驱动钻孔设备完成钻取中心孔的作业。该用于曲面锻件中心孔的钻取方法具有不受曲面锻件外形限制、中心孔位置精度高、中心孔距公差小的特点。

Description

一种曲面锻件中心孔的钻取方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体的讲涉及一种曲面锻件中心孔的钻取方法。

背景技术

随着锻造工艺的日趋成熟，锻造工件也越来越复杂，汽轮机、燃气轮机、航空发动机、鼓风机等设备的精密核心部件均采用锻造加工而成，比如叶片拥有复杂扭曲的轮廓，制造工艺复杂，性能要求高，一般通过五轴数控加工中心生产制造，加工前需要在毛坯两端面钻中心孔，且中心孔孔距精度要求高，要求达到±0.03mm。传统的叶片钻孔方法是利用摇臂钻床的钻杆穿过钻有与工件中心孔位置相同的定位孔的工装进行钻孔，这种方法除了设备误差、操作误差之外还有工装的加工误差、装配误差等，导致累积误差较大，所以很难满足要求。因而，改进一种新的叶片中心孔的钻孔方法，使之与先进的数控加工设备配合使用，满足曲面锻件任何部位高精度钻取中心孔并保证中心孔孔距在公差要求范围内，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种与数控铣床配合使用的智能化钻取曲面锻件中心孔的方法,具有不受曲面锻件外形限制、中心孔位置精度高、中心孔距公差小的特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种曲面锻件中心孔的钻取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在数控铣床的电脑控制器中预先确定上模板基准孔的理论坐标（X 0 ，Y0 ，Z 0 ）及曲面锻件各中心孔与基准孔的理论坐标的相对位置坐标（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3）……（xn，yn，zn），其中，n为中心孔数量，y方向为竖直方向且为锻件的锻造方向，锻件产品厚度只对y坐标发生变化，横向x和纵向z方向由夹紧模具限制，不会产生具有影响余量的误差；

步骤二，定位曲面锻件后，由数控铣床安装的对刀棒对基准孔进行检测，记录基准孔的实际坐标（X 0 ’，Y 0 ’，Z 0 ’），电脑控制器计算出基准孔的理论位置与实际位置的偏差：ΔX=X 0 ’-X 0 , ΔY=Y 0 ’-Y 0 , ΔZ=Z 0 ’-Z 0，其中；横向x和纵向z方向由夹紧模具限制，不会产生具有影响余量的误差，故ΔX=0，ΔZ=0；

步骤三，根据步骤二得到的偏差与步骤一得出的相对位置坐标结合计算，得到曲面锻件实际的钻孔位置坐标：

（x1’，y1’，z1’）为（x1’= x1+ΔX/2=x1，y1’=y1+ΔY/2=y1+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z1’=z1+ΔZ/2=z1）

（x2’，y2’，z2’）为（x2’=x2+ΔX/2=x2，y2’=y2+ΔY/2=y2+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z2’=z2+ΔZ/2=z2）

（x3’，y3’，z3’）为（x3’=x3+ΔX/2=x3，y3’=y3+ΔY/2=y3+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z3’=z3+ΔZ/2=z3）

……

（xn’，yn’，zn’）为（xn’=xn+ΔX/2=x3，yn’=yn+ΔY/2=yn+(Y 0 ’-Y 0 )/2，zn’=zn+ΔZ/2=zn）；

步骤四，根据步骤三得到的所有中心孔的实际钻孔位置坐标（x1，y1+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z1）、（x2，y2+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z2）、（x3，y3+(Y 0 ’-Y 0 )/2 ，z3）、……、（xn，yn+(Y 0’-Y 0 )/2 ，zn），驱动钻孔设备完成钻取中心孔的作业。

构成上述一种曲面锻件中心孔的钻取方法的附加技术特征还包括：

——所述步骤二内，在将曲面锻件定位之后，检测所述基准孔的实际坐标之前，增加了步骤五，所述步骤五为曲面锻件的冷校正；

——曲面锻件由夹持工装定位，所述基准孔设置在夹持工装的上模板内，中心孔由数控铣床钻取，所述基准孔由数控铣床的对刀棒检测，数控铣床的电脑控制器接受检测数值并进行计算；

——所述数控铣床为双面数控铣床，所述基准孔设置在上模板的两侧。

本发明所提供的一种曲面锻件中心孔的钻取方法同现有技术相比，具有以下优点：其一、由于该方法与先进的数控加工机械和智能检测设备相结合，加工参数设置快捷，检测精准，校正余量适当，具有操作简单、加工质量高的特点；其二，由于该方法中数控铣床的对刀棒配合夹持工装上模板的基准孔，即通过基准孔为曲面锻件中心孔定位提供了精确的参考定位，满足曲面锻件任何部位中心孔的钻取，且中心孔位置精度高；其三，针对不同厚度的曲面锻件，夹持工装的上模板产生竖直偏差，通过数控铣床的对刀棒进行误差矫正，从而进一步维护了中心孔位置精度和减少了中心孔距的公差范围；其四，在实现夹紧钻孔的基础上，该方法整合了曲面锻件冷校正的工序，并且冷校正产生的位置偏移会实时反应在上模板的基准孔变化上，通过数控铣床的对刀棒及时反馈给智能监控中心，快速调整中心孔位置坐标，确保中心孔的位置精度和中心孔距达到标准要求。

附图说明

图1为本发明一种曲面锻件中心孔的钻取方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的一种曲面锻件中心孔的钻取方法的工作原理作进一步的详细说明。

参见图1，为本发明所提供的一种曲面锻件中心孔的钻取方法的流程示意图。构成该新型曲面锻件中心孔的钻取方法包括如下步骤：

步骤一，确定钻取中心孔时的基准孔理论坐标，根据曲面锻件的外观尺寸，计算得出所有中心孔的理论相对坐标；

步骤二，定位曲面锻件后，检测基准孔的实际坐标，计算得出坐标偏差；

步骤三，由步骤二得到的坐标偏差与步骤一得出的所有中心孔的理论相对坐标结合计算，即得到所有中心孔的实际相对坐标；

步骤四，根据步骤三得到的所有中心孔的实际相对坐标，驱动钻孔设备完成钻取中心孔的作业。

该方法在具体实施时：采用数控铣床进行钻孔加工，曲面锻件的夹持工装内设置有与其上下曲面轮廓贴合的模具，将待加工的曲面锻件置于夹持工装下模板内，驱动上模板向下运动与下模板压紧曲面锻件后，数控铣床上的对刀棒自动监测位于上模板侧部的基准孔坐标，数控铣床内的电脑控制器（单片机、PLC）计算中心孔实际坐标位置，控制钻孔设备进行钻取中心孔作业。其具体过程如下：

步骤一，根据曲面锻件的外形，在数控铣床的电脑控制器中预先确定上模板基准孔的理论坐标（X₀，Y₀，Z₀）及曲面锻件各中心孔与基准孔的理论坐标的相对位置坐标（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3）……（xn，yn，zn），依据中心孔数量确定n的取值，由于夹紧工装上模板压紧部分只在竖直方向（y坐标轴）上移动，横向和纵向方向由夹紧模具限制，不会产生具有影响余量的误差，因此水平和竖直方向（x、z坐标轴）坐标仅发生微小变化可以忽略不计，锻件产品厚度只对y坐标发生变化，且y方向（竖直方向）为锻件的锻造方向；

步骤二，夹持待加工的曲面锻件后，由数控铣床安装的刀光棒对基准孔进行检测，记录基准孔的实际坐标（X₀’，Y₀’，Z₀’），电脑控制器计算出基准孔的理论位置与实际位置的偏差：

ΔX=X₀’-X₀,ΔY=Y₀’-Y₀, ΔZ=Z₀’-Z₀

其中，横向和纵向方向（x、z坐标轴）由夹紧模具限制，不会产生具有影响余量的误差，坐标仅发生微小变化可以忽略不计，即ΔX=0，ΔZ=0

步骤三，根据基准孔坐标差值得出曲面锻件实际的钻孔位置坐标：

（x1’，y1’，z1’）：x1’= x1+ΔX/2=x1

y1’=y1+ΔY/2=y1+(Y₀’-Y₀ )/2 z1’=z1+ΔZ/2=z1

（x2’，y2’，z2’）：x2’=x2+ΔX/2=x2

y2’=y2+ΔY/2=y2+(Y₀’-Y₀ )/2 z2’=z2+ΔZ/2=z2

（x3’，y3’，z3’）：x3’=x3+ΔX/2=x3

y3’=y3+ΔY/2=y3+(Y₀’-Y₀ )/2 z3’=z3+ΔZ/2=z3

……

（xn’，yn’，zn’）：xn’=xn+ΔX/2=x3

yn’=yn+ΔY/2=yn+(Y₀’-Y₀ )/2 zn’=zn+ΔZ/2=zn

即曲面锻件的中心孔实际坐标值分别为：（x1，y1+(Y₀’-Y₀)/2，z1）、（x2，y2+(Y₀’-Y₀)/2，z2）、（x3，y3+(Y₀’-Y₀)/2 ，z3）、……、（xn，yn+(Y₀’-Y₀)/2 ，zn）

步骤四，电脑控制器将上述计算得到的中心孔实际坐标值输入至数控铣床，数控铣床根据输入的参数即可进行钻孔作业，因为对y方向的变化值即为锻件厚度的变化值进行了动态校正，提高了中心孔位置精度又保证了加工余量均匀。

在构成上述一种曲面锻件中心孔的钻取方法中，

——由于在加工过程中锻造工件需要进行淬火、一次回火、二次回火等多次热处理，该过程会导致产品产生不同程度的变形，或扭曲变形，或弯曲变形，所以对步骤一中预先确定的基准孔的理论坐标造成误差，间接影响了中心孔的理论坐标的准确性，因此上述步骤二内，在将曲面锻件定位之后，检测基准孔的实际坐标之前，增加了步骤五对曲面锻件进行冷校正；

——优选地，曲面锻件由夹持工装定位和冷校正，经过冷校正的曲面锻件在进行钻孔精加工时，不会因为残余应力的衰减和释放产生部分地恢复原来的变形和产生新的变形，因此，对提高了曲面锻件中心孔的质量标准，特别适用于承受高负荷的工件和精密零件，基准孔设置在夹持工装的上模板内，中心孔由数控铣床钻取，基准孔由数控铣床的对刀棒检测，数控铣床的电脑控制器接受检测数值并进行计算；

——上述数控铣床为双面数控铣床，基准孔设置在上模板的两侧，因工件需要在两端分别进行钻孔，故采用的设备为数控双面铣床，数控双面铣床的两个刀头分别在工件两个端面上钻孔，提高了工作效率。

Claims

1.一种曲面锻件中心孔的钻取方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一，在数控铣床的电脑控制器中预先确定上模板基准孔的理论坐标（X 0 ，Y 0 ，Z0 ）及曲面锻件各中心孔与基准孔的理论坐标的相对位置坐标（x1，y1，z1）、（x2，y2，z2）、（x3，y3，z3）……（xn，yn，zn），其中，n为中心孔数量，y方向为竖直方向且为锻件的锻造方向，锻件产品厚度只对y坐标发生变化，横向x和纵向z方向由夹紧模具限制，不会产生具有影响余量的误差；

（x1’，y1’，z1’）为（x1’=x1+ΔX/2=x1，y1’=y1+ΔY/2=y1+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z1’=z1+ΔZ/2=z1）

……

步骤四，根据步骤三得到的所有中心孔的实际钻孔位置坐标（x1，y1+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z1）、（x2，y2+(Y 0 ’-Y 0 )/2，z2）、（x3，y3+(Y 0 ’-Y 0 )/2 ，z3）、……、（xn，yn+(Y 0 ’-Y0 )/2 ，zn），驱动钻孔设备完成钻取中心孔的作业。

2.根据权利要求1所述的一种曲面锻件中心孔的钻取方法，其特征在于：所述步骤二内，在将曲面锻件定位之后，检测所述基准孔的实际坐标之前，增加了步骤五，所述步骤五为曲面锻件的冷校正。

3.根据权利要求1所述的一种曲面锻件中心孔的钻取方法，其特征在于：曲面锻件由夹持工装定位，所述基准孔设置在夹持工装的上模板内，中心孔由数控铣床钻取，所述基准孔由数控铣床的对刀棒检测，数控铣床的电脑控制器接受检测数值并进行计算。

4.根据权利要求3所述的一种曲面锻件中心孔的钻取方法，其特征在于：所述数控铣床为双面数控铣床，所述基准孔设置在上模板的两侧。