CN110851919B - 一种斜孔的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及飞机制造技术领域，尤其涉及一种斜孔的加工方法，其包括如下步骤：建立零件的三维数模，确定基准孔、基准球以及斜孔的空间位置；建立绝对坐标系，确定角度α和β；建立旋转坐标系，确定斜孔的轴线的坐标；加工基准孔，安装基准球；翻转零件，使斜孔的轴线与加工主轴的轴线平行；找正基准球中心，按坐标加工斜孔。本发明以基准球作为工艺基准，无论基准球转至任何方向都能找正基准球的中心，基准原点依然存在，很好的解决了基准设计的难题，特别适用于单件多样化零件斜孔的加工，并且仅使用三轴机床和回转工作台即能够满足高精度斜孔的加工，有效节约了成本。
Description
技术领域
本发明涉及飞机制造技术领域，尤其涉及一种斜孔的加工方法。
背景技术
飞机的特殊结构决定了飞机零部件以及相应的工艺装备在制造过程中经常会遇到斜孔的加工。斜孔的加工在原理上目前有两种方法，其一是利用先进的五轴机床按加工基准和数模编程直接加工，即机床主轴动，被加工零件不动。其二是将被加工零件孔的轴线摆成与机床的主轴平行，即被加工零件动,机床主轴不动。
方法一是目前加工双斜孔的主要手段，该方法的优点是能够快速定位任意矢量位置的孔位，对孔位和孔径精度要求不太高的孔加工效率非常高，但是此方法对机床、对刀仪和刀具这些硬件要求较高，生产成本投入太大。
方法二是五轴数控机床还未出现或是机床还不是很先进的时候加工双斜孔常用的方法，按此方法加工双斜孔时通常有两个解决方案，其一是设计制造专用的钻孔夹具再利用三轴机床钻铰孔，该方法对于加工批量生产的零件是没问题的，而对于单件多样化的零件在制造成本和周期上显的就很不经济了。其二是搭组合夹具通过改变零件的装夹方向将双斜孔的轴线摆的与三轴机床主轴平行，再通过设计工艺基准和尺寸计算加工双斜孔，该方法固然可行，但存在两个问题，第一是工艺基准的设计和确定特别难；第二是在加工不同角度的双斜孔时每变换一次角度，组合夹具、工艺基准和尺寸计算就要重新来一次，效率特别低，而且还很容易出错。
因此，亟需一种斜孔的加工方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种斜孔的加工方法，以解决使用五轴机床生产成本高、使用三轴机床基准设计难的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种斜孔的加工方法，包括如下步骤：
S1、建立零件的三维数模，确定基准孔、基准球、以及斜孔的空间位置，基准球位于基准孔中；
S2、以基准球的中心线与斜孔的加工面的交点为原点，建立一条基准线为X1轴，建立绝对坐标系，并计算斜孔的轴线在X1Y1面上的投影线与X1轴或Y1轴的夹角α、以及斜孔的轴线与X1Y1面的夹角β；
S3、以基准球的中心点为原点，以斜孔的轴线在X1Y1面上的投影线方向为X2轴，以斜孔的轴线方向为Z2轴，建立旋转坐标系，测量斜孔的轴线在旋转坐标系中的坐标值集；
S4、按照三维数模在零件上加工出基准孔，并将基准球安装在基准孔中；
S5、使零件先绕C轴顺时针或逆时针旋转角度α或90°-α，然后绕B轴旋转角度90°-β或β，使斜孔的轴线与加工主轴的轴线平行；
S6、找正基准球的中心，按照斜孔的轴线的坐标值集加工斜孔。
作为优选，在所述S1中，所述基准孔的数量至少为一个，用于安装基准球。
作为优选，在所述S2中，当基准孔的数量为一个时，以零件的一条边作为所述基准线；当基准孔的数量为两个时，以两个基准孔的中心点的连线作为所述基准线；当基准孔的数量大于等于三个时，基准孔呈直角分布，以基准孔连线形成的两条直角边中的任意一条边作为所述基准线。
作为优选，所述S1-S3均在CATIA中完成。
作为优选，所述S5由回转工作台完成。
作为优选，所述S4中加工基准孔以及所述S6中加工斜孔均由三轴机床完成。
作为优选，所述S6中找正基准球的中心所采用的工具是百分表。
本发明相比于现有技术的有益效果：
本发明提供的斜孔的加工方法，以基准球作为工艺基准，无论基准球转至任何方向都能找正基准球的中心，基准原点依然存在，很好的解决了基准设计的难题，特别适用于单件多样化零件斜孔的加工，并且仅使用三轴机床和回转工作台即能够满足高精度斜孔的加工，有效节约了成本；另外本发明实现了在没有专用夹具和组合夹具的情况下加工斜孔，大大减低了产品的研发成本和周期。
附图说明
图1是本发明提供的零件的三维数模示意图；
图2是本发明提供绝对坐标系的示意图；
图3是本发明提供的旋转坐标系的示意图；
图4是回转工作台带动零件翻转至斜孔轴线与主轴轴线平行后沿斜孔轴线在X1Y1面的投影线方向的剖视图。
图中：
10-零件；11-基准孔；12-斜孔；20-基准球。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
本发明提供一种斜孔的加工方法，用到的设备包括三轴机床和回转工作台，三轴机床实现X、Y、Z三个方向的直线进给运动，回转台实现A、C或B、C方向的回转运动，需要说明的是，回转工作台环绕X轴回转定义为A轴，环绕Y轴回转定义为B轴，环绕Z轴回转定义为C轴；用到的工具包括基准球；用到的软件为CATIA，当然也可以为其他能够实现三维建模和坐标计算的软件。
斜孔加工时主要包括如下步骤：
S1、建立零件10的三维数模，确定基准孔11、基准球20、以及斜孔12的空间位置，在本实施例中，基准孔11的数量为三个，且三个基准孔11呈直角分布，基准球20位于直角交点位置的基准孔11中，参见图1；
或者在其他实施例中，基准孔11的数量也可以少于三个，且至少为一个，用于安装基准球20。
S2、以直角交点为原点，以基准孔11连线形成的两条直角边的方向分别为X1轴和Y1轴，以斜孔12的加工面为X1Y1面，建立绝对坐标系，并计算斜孔12的轴线在X1Y1面上的投影线与X1轴(或Y1轴)的夹角α、以及斜孔12的轴线与X1Y1面的夹角β，参见图2；
或者在其他实施例中，当基准孔11的数量为一个时，可以基准球20的中心线与斜孔12的加工面的交点为原点，并建立一条基准线为X1轴，或直接以零件10的一条边的方向为X1轴，建立绝对坐标系；当基准孔11的数量为两个时，基准球20位于其中一个基准孔11内，以基准球20的中心线与斜孔12的加工面的交点为原点，以两个基准孔11的中心点的连线为X1轴，建立绝对坐标系。
S3、以基准球20的中心点为原点，以斜孔12的轴线在X1Y1面上的投影线方向为X2轴，以斜孔12的轴线方向为Z2轴，建立旋转坐标系，测量斜孔12的轴线在旋转坐标系中的坐标值集，参见图3；需要说明的是，斜孔12的轴线由若干个点构成，上述斜孔12的轴线的坐标值集指的是各个点的坐标值构成的集合；
上述步骤S1-S3均在CATIA中完成，当然也可以在其他能够实现三维建模和坐标计算的软件中完成。
S4、将零件10放置在回转工作台上，三轴机床按照三维数模在零件10上加工出基准孔11，并将基准球20安装在基准孔11中；
S5、回转工作台带动零件10先绕C轴顺时针旋转角度α(或90°-α)，然后绕B轴旋转角度90°-β(或β)，使斜孔12的轴线与三轴机床的主轴轴线平行，参见图4；
S6、用百分表找正基准球20的中心，三轴机床按照斜孔的轴线的坐标值集加工斜孔12。
本发明提供的斜孔的加工方法，以基准球作为工艺基准，无论基准球转至任何方向都能找正基准球的中心，基准原点依然存在，很好的解决了基准设计的难题，特别适用于单件多样化零件斜孔的加工，并且仅使用三轴机床和回转工作台即能够满足高精度斜孔的加工，有效节约了成本；另外本发明实现了在没有专用夹具和组合夹具的情况下加工斜孔，大大减低了产品的研发成本和周期。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种斜孔的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、建立零件的三维数模，确定基准孔、基准球、以及斜孔的空间位置，基准球位于基准孔中；
S2、以基准球的中心线与斜孔的加工面的交点为原点，建立一条基准线为X1轴，建立绝对坐标系，并计算斜孔的轴线在X1Y1面上的投影线与X1轴或Y1轴的夹角α、以及斜孔的轴线与X1Y1面的夹角β；
S3、以基准球的中心点为原点，以斜孔的轴线在X1Y1面上的投影线方向为X2轴，以斜孔的轴线方向为Z2轴，建立旋转坐标系，测量斜孔的轴线在旋转坐标系中的坐标值集；
S4、按照三维数模在零件上加工出基准孔，并将基准球安装在基准孔中；
S5、使零件先绕C轴顺时针或逆时针旋转角度α或90°-α，然后绕B轴旋转角度90°-β或β，使斜孔的轴线与加工主轴的轴线平行；
S6、找正基准球的中心，按照斜孔的轴线的坐标值集加工斜孔；
在所述S1中，所述基准孔的数量至少为一个，用于安装基准球；
在所述S2中，当基准孔的数量为一个时，以零件的一条边作为所述基准线；当基准孔的数量为两个时，以两个基准孔的中心点的连线作为所述基准线；当基准孔的数量大于等于三个时，基准孔呈直角分布，以基准孔连线形成的两条直角边中的任意一条边作为所述基准线；以直角交点为原点，以基准孔连线形成的两条直角边的方向分别为X1轴和Y1轴，以斜孔的加工面为X1Y1面；
在所述S5中，回转工作台环绕X轴回转定义为A轴，环绕Y轴回转定义为B轴，环绕Z轴回转定义为C轴。
2.根据权利要求1所述的斜孔的加工方法，其特征在于，所述S1-S3均在CATIA中完成。
3.根据权利要求1所述的斜孔的加工方法，其特征在于，所述S5由回转工作台完成。
4.根据权利要求1所述的斜孔的加工方法，其特征在于，所述S4中加工基准孔以及所述S6中加工斜孔均由三轴机床完成。
5.根据权利要求1所述的斜孔的加工方法，其特征在于，所述S6中找正基准球的中心所采用的工具是百分表。
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