CN111007798B - 锻铸类结构件自适应数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种锻铸类结构件自适应数控加工方法，包括以下步骤：步骤1，利用参数化编程和毛坯在线测量进行加工余量的优化分配；步骤2，利用参数化编程和在线测量进行结构件精密尺寸的自适应加工。本发明在加工之前，在线测量毛坯的位置，通过参数化编程优化坐标系，从而得到最优余量分配，在加工过程中，实时在线测量结构件位置，通过参数化编程优化坐标系，进行自适应加工。本发明采用参数化编程的方式优化坐标系，方法简单，不需要专门的软件实现，相对于现有技术中需要软件实现的方法，更加简单，成本大大降低。
Description
技术领域
本发明属于数控加工领域，涉及锻铸类结构件自适应数控加工方法。
背景技术
锻铸类结构件通常指采用锻铸件、增材制造件作为毛坯的结构件，加工余量小，其加工质量受制于毛坯精度及一致性。目前不得已大量沿用传统的复杂结构件机械加工方法(包括钳工划线检查，毛料基准转换等一系列准备工序)，造成数控加工前期的准备工作繁琐、效率低下，还经常出现壁厚不均、局部缺肉等问题，严重时导致结构件批次性报废。
自适应加工能够依据当前设备负荷的变化、结构件的变形、结构件余量的不均、不精确的装夹状态等及时做出调整，以适应当前设备或结构件的状态，完成特定加工，是实现锻铸类结构件精准加工的最优方案之一，也是未来数控加工的主要方向。目前自适应加工技术主要应用在余量不均的复杂曲面加工、焊接式整体叶盘的加工、整体叶盘的修复、叶片的加工等方面，通常利用逆向工程造型软件的功能，采集实体模型并经过相关软件处理后，得到新的工艺数模，用于数控加工的编程与加工，需要高昂的研发投入。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种锻铸类结构件自适应数控加工方法，能够以极低的成本实现锻铸类结构件的自适应精准加工。
本发明是通过以下技术方案来实现：
锻铸类结构件自适应数控加工方法，包括以下步骤：
步骤1，利用参数化编程和毛坯在线测量进行加工余量的优化分配；
步骤2，利用参数化编程和在线测量进行结构件精密尺寸的自适应加工。
优选的，步骤1中，对结构件的毛坯各部位位置进行测量，将测量结果进行存储，结合毛坯各部位的余量要求，经过数学计算，得出最优工件坐标系，然后通过参数化编程修改工件坐标系。
进一步的，最优工件坐标系具体通过如下方法得到：在初始坐标系下比较结构件控制点的实际位置与理论位置的偏移量，如果偏移量满足加工要求，则直接加工，如果偏移量不满足加工要求，则通过参数化程序对工件坐标系进行偏移，得到一个新的工件坐标系，在新的工件坐标系下，再计算控制点的实际位置与理论位置偏移量，直到找出符合要求的工件坐标系。
进一步的，步骤1具体为：进行毛坯装夹，测量毛坯位置并进行存储，判断毛坯位置与预设位置的误差是否小于极限值，若否，则返回毛坯装夹；若是，则判断毛坯位置与预设位置的误差是否在允差范围内，若否，则修正工件坐标系，在修正工件坐标系下复测毛坯位置并重新判断毛坯位置与预设位置的误差是否在允差范围内，若是，则开始加工。
优选的，步骤2中，在加工过程中，对结构件的精密尺寸进行实时检测，将测量结果进行存储，通过数学变换后，利用参数化程序更改刀补或坐标值。
进一步的，步骤2具体：加工过程开始后，车削加工部位，测量加工部位位置，并进行存储，判断加工部位位置是否在合格范围内，若是，则加工过程结束；若否，则重复车削，测量加工部位位置，判断加工部位位置是否在合格范围内，若是，则加工过程结束，若否，则修正坐标系，并返回重复车削。
优选的，加工设备选择具有在线测量和负载感知的数控机床。
进一步的，步骤2中，在加工之前，通过参数化编程和数控机床的负载感知功能对结构件局部施加辅助支撑。
进一步的，步骤2中，在加工之前，通过编制参数化程序，实时采集数控机床的负载状态，利用负载控制对结构件中刚性差的部位施加辅助支撑。
进一步的，辅助支撑具有恒定力或力矩。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明是一种通过自适应原理和参数化编程相结合的方式，实现锻铸类结构件余量优化分配、精密尺寸精准控制的数控加工方法。在加工之前，在线测量毛坯的位置，通过参数化编程优化坐标系，从而得到最优余量分配，在加工过程中，实时在线测量结构件位置，通过参数化编程优化坐标系，进行自适应加工。本发明采用参数化编程的方式优化坐标系，方法简单，不需要专门的软件实现，相对于现有技术中需要软件实现的方法，更加简单，成本大大降低。
进一步的，现有技术是利用软件通过数模或三维模型去比对，然后通过算法算出最优的坐标系。而本发明将毛坯局部关键点的位置与预设位置进行坐标比对，再结合余量要求和公差带的边界条件，计算得到最优工件坐标系。本发明方法与现有技术相比更加简单。
进一步的，通过参数化编程和机床负载感知相结合的方式能改善切削系统稳定性，使切削系统稳定性提升。
附图说明
图1锻铸类结构件加工余量优化分配流程图。
图2锻铸类结构件精密尺寸自适应加工流程图。
图3某锻铸类结构件加工示意图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明结合锻铸类结构件的结构特点，采用参数化编程技术、在机测量技术和设备负载监控技术相结合的自适应加工方案，成本低、效果显著，能够以极低的成本实现锻铸类结构件的自适应精准加工，能够解决锻铸类结构件余量分配难度大、加工质量不稳定的难题。
加工设备选择具有在线测量和负载感知的数控机床，其核心内容有三点：通过参数化编程和在机测量设定最优的工件坐标系，实现结构件加工余量的优化分配；通过参数化编程和机床负载感知相结合的方式改善切削系统稳定性；在加工过程中通过参数化编程和在机测量的方式实现对结构件精密尺寸的闭环控制，提高加工精度。
1、利用参数化编程和在机测量实现结构件加工余量的优化分配。
加工前，通过编制参数化程序，对锻铸类结构件毛坯的关键部位进行测量，将其测量结果进行存储，结合各部位的余量要求，经过数学计算，得出最优的工件坐标系，然后通过参数化编程修改工件坐标系，达到余量优化分配的目的。最优工件坐标系具体通过如下方法得到：在初始坐标系下比较结构件控制点的实际位置与理论位置的偏移量，如果偏移量满足加工要求则开始加工，如果不满足，则通过参数化程序对工件坐标系进行偏移，得到一个新的工件坐标系，在新的工件坐标系下，再计算控制点的实际位置与理论位置偏移量，直到找出符合要求的工件坐标系。
其流程参考图1。具体为：判断过程开始后，进行毛坯装夹，测量毛坯位置并进行存储，判断毛坯位置与预设位置的误差是否小于极限值，若否，则返回毛坯装夹；若是，则判断毛坯位置与预设位置的误差是否在允差范围内，若否，则修正工件坐标系，在修正工件坐标系下复测毛坯位置并重新判断毛坯位置与预设位置的误差是否在允差范围内，若是，则判断过程结束，开始加工。
2、利用参数化编程和机床负载感知提高结构件切削系统稳定性提高加工质量。
加工前，通过编制参数化程序，实时采集机床的负载状态，利用负载控制对结构件刚性差的地方施加恒定力/力矩的辅助支撑，达到改善切削系统刚性，提高稳定性的目的。
3、利用参数化编程和在机测量实现结构件锻铸类精密尺寸的自适应加工。
加工过程中，通过编制参数化程序，对精密尺寸进行实时检测，将测量结果进行存储，通过数学变换后，利用参数化程序更改刀补、坐标值等参数实现精密尺寸的精准控制。
其流程参考图2。具体为：车工过程开始后，车削加工部位，测量加工部位位置，并进行存储，判断加工部位位置是否在合格范围内，若是，则车削过程结束；若否，则重复车削，测量加工部位位置，判断加工部位位置是否在合格范围内，若是，则车削过程结束，若否，则修正坐标系，并返回重复车削。
实施例
以如图3所示的某锻铸类结构件为例，结构件毛坯为铸件，材料为高温合金，加工部位为安装面和头部内腔。其头部外圆为非加工面，直径为φ24，内腔直径为φ22，理论壁厚为1mm，最小壁厚要求不小于0.8。其安装面到头部位置尺寸60±0.03，尺寸精度高，加工难度较大。考虑该结构件含有车、铣的相关特征，故主设备选择带测量功能的车铣复合加工中心。
在实际加工过程中，装夹结构件后按图1所示流程对结构件头部位置进行检测，将其测量结果存储于特定的变量中，通过与理论位置对比，调整坐标系原点，使头部内腔与外圆同心。达到余量优化分配的目的。
其头部内腔尺寸粗糙度Ra0.8，且结构件悬伸较长，容易振刀，因此在图示指示位置施加辅助支撑，通过参数化程序控制其支撑力矩，提高刚性，有利于表面质量的提升。
其安装面与头部尺寸60±0.03难以通过常规手段检测，由刀具磨损等原因该尺寸的一致性较差，通过图2所示流程，在机检测安装面位置并将其结果实时反馈，通过参数化程序实现该尺寸的精准控制。
Claims (2)
1.锻铸类结构件自适应数控加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用参数化编程和毛坯在线测量进行加工余量的优化分配；
步骤2，利用参数化编程和在线测量进行结构件精密尺寸的自适应加工；
步骤1中，对结构件的毛坯各部位位置进行测量，将测量结果进行存储，结合毛坯各部位的余量要求，经过数学计算，得出最优工件坐标系，然后通过参数化编程修改工件坐标系；
最优工件坐标系具体通过如下方法得到：在初始坐标系下比较结构件控制点的实际位置与理论位置的偏移量，如果偏移量满足加工要求，则直接加工，如果偏移量不满足加工要求，则通过参数化程序对工件坐标系进行偏移，得到一个新的工件坐标系，在新的工件坐标系下，再计算控制点的实际位置与理论位置偏移量，直到找出符合要求的工件坐标系；
步骤1具体为：进行毛坯装夹，测量毛坯位置并进行存储，判断毛坯位置与预设位置的误差是否小于极限值，若否，则返回毛坯装夹；若是，则判断毛坯位置与预设位置的误差是否在允差范围内，若否，则修正工件坐标系，在修正工件坐标系下复测毛坯位置并重新判断毛坯位置与预设位置的误差是否在允差范围内，若是，则开始加工；
步骤2中，在加工过程中，对结构件的精密尺寸进行实时检测，将测量结果进行存储，通过数学变换后，利用参数化程序更改刀补或坐标值；
步骤2具体：加工过程开始后，车削加工部位，测量加工部位位置，并进行存储，判断加工部位位置是否在合格范围内，若是，则加工过程结束；若否，则重复车削，测量加工部位位置，判断加工部位位置是否在合格范围内，若是，则加工过程结束，若否，则修正坐标系，并返回重复车削；
加工设备选择具有在线测量和负载感知的数控机床；
步骤2中，在加工之前，通过参数化编程和数控机床的负载感知功能对结构件局部施加辅助支撑；
步骤2中，在加工之前，通过编制参数化程序，实时采集数控机床的负载状态，利用负载控制对结构件中刚性差的部位施加辅助支撑。
2.根据权利要求1所述的锻铸类结构件自适应数控加工方法，其特征在于，辅助支撑具有恒定力或力矩。
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