CN111069973B - 一种复杂外形铸件快速找正的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复杂外形铸件快速找正的方法及装置。所述方法包括：对待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；对处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；在三维比对软件中对扫描数据进行全局加工余量分析，生成调整方案；对扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；利用拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案转化成主坐标系的调整；对待找正工件的工艺块进行拉表找正。本发明可以提高生产效率并且降低了调整难度。

Description

一种复杂外形铸件快速找正的方法及装置
技术领域
本发明涉及机械加工技术和离线测量领域，特别是一种复杂外形铸件快速找正的方法及装置。
背景技术
在机械加工过程中，经常会遇到多特征复杂外形的铸造件，由于加工零件外壁特征时要求以不加工的内壁为基准来找正，但是内壁粗糙度较大并且形状不规则，设计靠模难度大，这就导致很难保证壁厚均匀。
现有技术中，通常采用的是多表找正的方法，但是该方法的找正过程较为复杂，效率和精度都特别低，并且，需要经验丰富的高级工程师进行辅导。或者是采用光电感应式寻边器触碰异形连接件的对刀位置点结合定制的数控宏程序和数控机床程序运行时的“单段”功能来找正工件中心,该方法需要根据零件特征定制专属宏程序，通用性较低，在面对多特征小余量加工时很难保证精度要求，难以满足大批量高效率的自动化生产要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术中多表找正过程较为复杂，效率和精度特别低；而采用观点感应器和宏程序的方法一致性差，面对多特征小余量加工时很难保证精度要求，难以满足大批量高效率的自动化智能化生产要求的不足，提供了一种复杂外形铸件快速找正的方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种复杂外形铸件快速找正的方法，包括：
对安装于多轴加工中心的回转工作台上的待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；
利用三维激光扫描仪对所述处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；
在三维比对软件中对所述扫描数据进行全局加工余量分析，生成在理论设计模型坐标系下制定加工余量均匀化的调整方案；
对所述扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；
在预置软件中利用所述拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；
在所述预置软件中将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在所述修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案通过坐标变换转化成主坐标系的调整；
对所述待找正工件的工艺块在机床上进行拉表找正。
优选地，所述待找正工件为航天武器产品的边条翼。
优选地，利用三维激光扫描仪对工件进行扫描时需粘贴黑白反光靶点和设备校准。
优选地，所述黑白反光靶点的密度为60mm。
优选地，在进行扫描时，激光束与所述待找正工件的表面垂直，所述三维激光扫描仪与所述待找正工件之间的距离为250mm，所述三维激光扫描仪的快门为0.9～2.2ms。
优选地，在对所述扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择所述处理后工件工艺块中不需要加工的铸造面。
为了解决上述技术问题，本发明实施例还提供了一种复杂外形铸件快速找正的装置，包括：
处理工艺块获取模块，用于对安装于多轴加工中心的回转工作台上的待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；
扫描数据获取模块，用于利用三维激光扫描仪对所述处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；
调整方案生成模块，用于在三维比对软件中对所述扫描数据进行全局加工余量分析，生成在理论设计模型坐标系下制定加工余量均匀化的调整方案；
拟合结果获取模块，用于对所述扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；
修正工艺块获取模块，用于在预置软件中利用所述拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；
调整方案转化模块，用于在所述预置软件中将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在所述修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案通过坐标变换转化成主坐标系的调整；
工艺块找正模块，用于对所述待找正工件的工艺块在机床上进行拉表找正。
优选地，所述待找正工件为航天武器产品的边条翼。
优选地，利用三维激光扫描仪对工件进行扫描时需粘贴黑白反光靶点和设备校准。
优选地，所述黑白反光靶点的密度为60mm。
优选地，在进行扫描时，激光束与所述待找正工件的表面垂直，所述三维激光扫描仪与所述待找正工件之间的距离为250mm，所述三维激光扫描仪的快门为0.9～2.2ms。
优选地，在对所述扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择所述处理后工件工艺块中不需要加工的铸造面。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明实施例通过调整加工程序主坐标系的方式，替代了传统的低效率低精度高难度的多表拉直找正调整，调整过程利用三维激光扫描技术对工件进行全要素精确测量，测量分析结果作为工件全局余量均匀化调整的依据，改变传统的局部余量调整的方式，使工件整体精度大幅提高，此外，整个调整过程是在离线状态下完成，减少了工件找正的占机时间，提高了生产效率并且降低了调整难度，显著降低调整过程的人力成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种复杂外形铸件快速找正的方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种某航天武器的边条翼的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种三维激光扫描过程的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种三维比对软件中硬质测头采集扫描模型过程的示意图；
图5为本发明实施例提供的一种坐标系重构的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种复杂外形铸件快速找正的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例中的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的实施例保护的范围。
实施例一
参照图1，示出了本发明实施例提供的一种复杂外形铸件快速找正的方法的步骤流程图，如图1所示，该复杂外形铸件快速找正的方法具体可以包括如下步骤：
步骤101：对安装于多轴加工中心的回转工作台上的待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；
步骤102：利用三维激光扫描仪对所述处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；
步骤103：在三维比对软件中对所述扫描数据进行全局加工余量分析，生成在理论设计模型坐标系下制定加工余量均匀化的调整方案；
步骤104：对所述扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；
步骤105：在预置软件中利用所述拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；
步骤106：在所述预置软件中将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在所述修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案通过坐标变换转化成主坐标系的调整；
步骤107：对所述待找正工件的工艺块在机床上进行拉表找正。
在本发明实施例中，待找正工件即为需要进行找正的工件，待找找正工件可以为某航天武器的边条翼，其主要特征是拥有多个异形曲面和四个辅助工艺块,每个工艺块开粗加工时要保证平面度小于0.05。
将待找正工件安装于多轴加工中心的回转工作台上，在多轴加工中心上安装刀具并进行对刀处理，对每个待找正工件的工艺块进行开粗加工，在进行开粗加工时要求保证工艺块各个平面正交，每个正交平面的平面度小于0.03，平行度小于0.03。
然后，将待找正工件从多轴加工中心的回转工作台上卸下，如图2、3所示，利用三维激光扫描仪对工件进行扫描时需要粘贴黑白反光靶点和设备校准，黑白靶点密度(两个靶点距离)为60mm，扫描时激光束与工件表面垂直，扫描设备与工件间距离为250mm，设备的快门为0.9-2.2ms，采用“∞”式扫描降低人为偶然误差。
对扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择不需要加工的铸造面，如图4所示，比对结束后从四个工艺块中任意选一个在软件中利用硬质测头采集三个正交面的数据，每个平面上随机采集32个数据点，对其进行最小二乘拟合处理，拟合效果SSE(误差平方和)低于0.05，R-square大于0.95，重新构造出三个正交平面，利用拟合结果在CAD/CAM软件中对理论设计模型的工艺块进行修正，修正是在理论设计模型坐标系下完成，理论模型坐标系和理论模型加工程序坐标系重合。在对扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择不需要加工的铸造面。
如图5所示，将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系；在修正后的模型工艺块的顶点上重新构建一个新的坐标系并将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系。
将工件安装在多轴加工中心的回转工作台上，对工件的工艺块在机床上进行拉表找正，然后在所述多轴加工中心上安装红外测头，对已找正的工艺块进行主坐标系原点拾取，完成工件的找正。
本发明实施例通过调整加工程序主坐标系的方式，替代了传统的低效率低精度高难度的多表拉直找正调整，调整过程利用三维激光扫描技术对工件进行全要素精确测量，测量分析结果作为工件全局余量均匀化调整的依据，改变传统的局部余量调整的方式，使工件整体精度大幅提高，此外，整个调整过程是在离线状态下完成，减少了工件找正的占机时间，提高了生产效率并且降低了调整难度，显著降低调整过程的人力成本。
实施例二
参照图6，示出了本发明实施例提供的一种复杂外形铸件快速找正的装置的结构示意图，如图6所示，该复杂外形铸件快速找正的装置具体可以包括如下模块：
处理工艺块获取模块210，用于对安装于多轴加工中心的回转工作台上的待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；
扫描数据获取模块220，用于利用三维激光扫描仪对所述处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；
调整方案生成模块230，用于在三维比对软件中对所述扫描数据进行全局加工余量分析，生成在理论设计模型坐标系下制定加工余量均匀化的调整方案；
拟合结果获取模块240，用于对所述扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；
修正工艺块获取模块250，用于在预置软件中利用所述拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；
调整方案转化模块260，用于在所述预置软件中将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在所述修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案通过坐标变换转化成主坐标系的调整；
工艺块找正模块270，用于对所述待找正工件的工艺块在机床上进行拉表找正。
优选地，所述待找正工件为航天武器产品的边条翼。
优选地，利用三维激光扫描仪对工件进行扫描时需粘贴黑白反光靶点和设备校准。
优选地，所述黑白反光靶点的密度为60mm。
优选地，在进行扫描时，激光束与所述待找正工件的表面垂直，所述三维激光扫描仪与所述待找正工件之间的距离为250mm，所述三维激光扫描仪的快门为0.9～2.2ms。
优选地，在对所述扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择所述处理后工件工艺块中不需要加工的铸造面。
本发明实施例通过调整加工程序主坐标系的方式，替代了传统的低效率低精度高难度的多表拉直找正调整，调整过程利用三维激光扫描技术对工件进行全要素精确测量，测量分析结果作为工件全局余量均匀化调整的依据，改变传统的局部余量调整的方式，使工件整体精度大幅提高，此外，整个调整过程是在离线状态下完成，减少了工件找正的占机时间，提高了生产效率并且降低了调整难度，显著降低调整过程的人力成本。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知常识。

Claims (12)

1.一种复杂外形铸件快速找正的方法，其特征在于，包括：
对安装于多轴加工中心的回转工作台上的待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；
利用三维激光扫描仪对所述处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；
在三维比对软件中对所述扫描数据进行全局加工余量分析，生成在理论设计模型坐标系下制定加工余量均匀化的调整方案；
对所述扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；
在预置软件中利用所述拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；
在所述预置软件中将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在所述修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案通过坐标变换转化成主坐标系的调整；
对所述待找正工件的工艺块在机床上进行拉表找正。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待找正工件为航天武器产品的边条翼。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用三维激光扫描仪对工件进行扫描时需粘贴黑白反光靶点和设备校准。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述黑白反光靶点的密度，也即黑白两个反光靶点距离为60mm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在进行扫描时，激光束与所述待找正工件的表面垂直，所述三维激光扫描仪与所述待找正工件之间的距离为250mm，所述三维激光扫描仪的快门为0.9～2.2ms。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择所述处理后工件工艺块中不需要加工的铸造面。
7.一种复杂外形铸件快速找正的装置，其特征在于，包括：
处理工艺块获取模块，用于对安装于多轴加工中心的回转工作台上的待找正工件的工艺块进行开粗加工处理，得到处理后工件工艺块；
扫描数据获取模块，用于利用三维激光扫描仪对所述处理后工件工艺块进行数据采集，得到扫描数据；
调整方案生成模块，用于在三维比对软件中对所述扫描数据进行全局加工余量分析，生成在理论设计模型坐标系下制定加工余量均匀化的调整方案；
拟合结果获取模块，用于对所述扫描数据中的工艺块进行最小二乘拟合处理，得到拟合结果；
修正工艺块获取模块，用于在预置软件中利用所述拟合结果对理论设计模型的工艺块进行修正，得到修正工艺块；
调整方案转化模块，用于在所述预置软件中将理论设计模型的加工程序坐标系设为子坐标系，在所述修正工艺块的顶点上建立一个新的坐标系，将其设置为原加工程序坐标系的主坐标系，并将子坐标系下的调整方案通过坐标变换转化成主坐标系的调整；
工艺块找正模块，用于对所述待找正工件的工艺块在机床上进行拉表找正。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述待找正工件为航天武器产品的边条翼。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，利用三维激光扫描仪对工件进行扫描时需粘贴黑白反光靶点和设备校准。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述黑白反光靶点的密度，也即黑白两个反光靶点距离为60mm。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在进行扫描时，激光束与所述待找正工件的表面垂直，所述三维激光扫描仪与所述待找正工件之间的距离为250mm，所述三维激光扫描仪的快门为0.9～2.2ms。
12.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，在对所述扫描数据进行三维比对全局加工余量分析时，比对基准选择所述处理后工件工艺块中不需要加工的铸造面。
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