CN112757046A - 薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法 - Google Patents
薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112757046A CN112757046A CN202010154596.6A CN202010154596A CN112757046A CN 112757046 A CN112757046 A CN 112757046A CN 202010154596 A CN202010154596 A CN 202010154596A CN 112757046 A CN112757046 A CN 112757046A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- machine tool
- measuring
- compensation processing
- thin
- online measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000003672 processing method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012797 qualification Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract 1
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005323 electroforming Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q15/00—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
- B23Q15/20—Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work before or after the tool acts upon the workpiece
- B23Q15/22—Control or regulation of position of tool or workpiece
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
- B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
- B23Q17/22—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
- B23Q17/2233—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work for adjusting the tool relative to the workpiece
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
Abstract
本发明是薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，包括：(1)在三维设计软件中建立薄壁首饰的理论三维模型；(2)基于该模型所需加工部位确定测量点位；(3)基于该模型和测量点位进行测量路径规划和理论刀具路径规划；(4)采用机床测头在线测量，获取测量点的坐标值；(5)将机床测量点进行坐标变换即将五轴机床测量坐标变换为工件坐标；(6)将所得数据导入在线测量补偿加工软件，并拟合出测量获得的实际曲面；(7)根据实际曲面和理论刀具路径生成补偿加工程序并完成加工。本发明提高加工尺寸精度和稳定性，提升薄壁首饰加工产品的合格率，减少薄壁首饰切削去除量，降低贵金属损耗，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及自由曲面加工误差测量与补偿技术领域，具体涉及一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法。
背景技术
在首饰加工领域，为了减少同体积贵金属材料的质量(克重)以节约成本，通常产品设计成薄壁结构，其厚度在0.2-0.3mm之间，同时为了保证首饰的美观性，其几何结构往往采用不规则的自由曲面，而由于毛坯电铸工艺的局限性，其几何尺寸大小往往与设计模型有所偏差，其厚度一般在0.35-0.45mm之间，但壁厚分布不均匀即有薄有厚。传统的加工方法是根据理论设计模型编制数控加工程序，并且按照一定的切削深度来进行加工，这样一方面会由于毛坯壁厚的不均匀而导致局部欠切或过切现象，甚至局部切漏的情况也时有发生；另外，这种切削方式毛坯材料去除量也大，从而会在一定程度上增加贵金属材料的损耗率，造成生产成本上升。为了解决上述问题，就要求切削时必须按照毛坯的实际几何形状进行去除材料加工，即沿实际毛坯表面轮廓进行逐层均匀去除加工。
另外，首饰产品为了追求美学和艺术性，其几何形状设计大多采用复杂的不规则曲面即自由曲面，很难采用一般的测量手段进行测量。如果采用五轴坐标测量机进行离线测量，存在二次装夹定位的问题，不仅存在累计误差，而且需要额外购置测量机，提高了设备成本。
发明内容
本发明的目的在于克服传统技术的不足，提出一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，其通过基于理论设计模型测量路径规划和刀具路径规划、测量程序生成、在线测量、测量点坐标变换处理、曲面拟合、补偿加工刀具路径生成、补偿加工程序生成等过程，进行精确的补偿加工，从而解决了薄壁首饰五轴在线测量及加工难题。
为实现上述目的，本发明的技术方案具体为：
一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，包括如下步骤：
步骤(1)在三维设计软件中建立薄壁首饰的理论三维模型；
步骤(2)将步骤(1)的三维模型导入在线测量补偿加工软件，在该模型所需加工部位确定测量点位，测量路径和理论刀具路径规划；点位要根据理论模型轮廓的曲率，特征的复杂程度来确定点位的个数和分布的疏密程度；
步骤(3)根据五轴机床的结构型式和测量功能要求，采用测头探针的型号，结合步骤(2)确定的测量点位和规划的测量路径生成测量程序，每一个测量点的探测运动路径方向与理论模型曲面在该点的法向重合；
步骤(4)将毛坯、测头安装到机床上并利用步骤(3)所得测量程序进行在线测量，机床将每个测量点的五个坐标值记录存储；
步骤(5)将步骤(4)所得的测量数据通过坐标变换，即将机床测量坐标变换为工件坐标；
步骤(6)将步骤(5)所得数据导入在线测量补偿加工软件中拟合出实际曲面，并根据该曲面和理论刀具路径生成补偿加工刀具路径，进而生成机床的补偿加工程序；
步骤(7)使用步骤(6)的加工程序完成加工。
所述机床测量点都是该点在机床测量坐标系下的实际坐标值，通过在线测量补偿加工软件的坐标变换模块将该坐标值自动转换到工件坐标系下的空间坐标值。
所述补偿加工刀具路径是理论刀具路径结合拟合的实际曲面通过在线测量补偿加工软件的补偿加工刀具路径模块自动生成。
所述补偿加工程序是将补偿加工刀具路径通过在线测量补偿加工软件的机床后处理模块自动生成。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本方法不限制首饰产品的形状，只要所建立的理论三维模型与毛坯形状特征相近，方便将毛坯装夹到机床即可。
2、本方法不需要借助五轴坐标测量机，在五轴加工机床上安装工件测头一次装夹就能完成首饰毛坯的五轴测量和补偿加工。
3、本方法降低了加工编程人员的门槛和工作量，不限制CAM软件，编程人员只需要使用自己熟悉的CAM软件编制首饰产品理论加工刀具路径，无需进行专门的后处理就可以完成补偿加工程序的生成。
4、本方法能够显著提高加工尺寸精度和稳定性，大幅提升薄壁首饰五轴加工产品的合格率。
5、本方法可以减少薄壁首饰切削去除量，降低贵金属损耗，降低生产成本。
附图说明
图1为按照本发明实施例的方法所应用的薄壁首饰加工毛坯和理论模型偏差示意图。
图2为按照本发明实施例的方法所应用的薄壁首饰理论模型图。
图3为按照本发明优选的实施例的方法的在线测量测点分布图。
图4为按照本发明优选的实施例的方法的在线测量测量轨迹图。
图5为按照本发明优选的实施例的方法所应用的薄壁首饰在测量后生成曲面图。
图6为按照本发明优选的实施例的方法做出的补偿后加工刀路。
图7为按照本发明优选的实施例的主流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图1-7及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅为本发明的一个实施例，并不用以限制此发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
本发明实施例的方法所应用的薄壁首饰加工毛坯和理论模型偏差示意图，其中实线表示薄壁首饰理论设计模型，虚线表示加工毛坯实际轮廓，如图1所示。本发明的一个实施例以附图2所示的薄壁手镯为例，但本发明的方法所加工的薄壁首饰并不限于上述结构以及其具体尺寸，实际上，凡是具体的薄壁首饰本方法均可使用。
本实施例对应的薄壁手镯，其结构尺寸：内径58mm，外弧半径5mm，最大外径63mm，面宽6mm，如图2所示；材料为3D硬金，所用机床为沈阳机床M1.2立式五轴雕铣中心，该机床采用i5智能数控系统，测量装置采用海克斯康触发式测头，重复触发精度1um。
按照本发明实施例对该薄壁手镯进行在线测量和补偿加工的具体过程为：
(1)在三维设计软件例如UGNX8.5建模模块中建立手镯的三维理论模型，文件格式保存为STL格式，如图2所示。
(2)利用UGNX8.5加工模块进行理论刀具路径规划。
(3)将(1)的三维模型导入在线测量补偿加工软件，在该模型所需加工部位确定测量点位，以及进行测量路径规划，其中点位要根据理论模型的轮廓的曲率，特征的复杂程度来确定点数的个数和分布的疏密程度；其中每一个测量点的探测运动路径方向与理论模型曲面在该点的法向重合；测量点位布置如图3所示，测量路径如图4所示。
(4)根据M1.2立式五轴雕铣中心的结构型式和i5系统测量功能要求，采用触发式测头探针的型号，结合(2)确定的测量点位和规划的测量路径生成测量程序。
(5)将手镯毛坯、触发式测头安装到机床上并利用步骤(4)所得测量程序进行在线测量，机床系统自动将每个测量点的五个坐标值记录并存储在测量数据文件中。
(6)将(5)获得的测量数据文件导入在线测量补偿加工软件中，软件自动处理测量数据文件将测量点机床坐标系下的坐标值自动转换到工件坐标系下的空间坐标值。图5为测量数据转换为工件坐标系下的空间坐标点。
(7)将(6)所得数据导入在线测量补偿加工软件中自动拟合实际曲面，并根据该曲面和理论刀具路径通过该软件的补偿加工刀具路径模块自动生成补偿加工刀具路径。图6为补偿加工刀具路径。
(8)在在线测量补偿加工软件界面上设置主轴转速20000rpm，快速进给速度1500mm/min，切削进给速度800mm/min，进而将补偿加工刀具路径通过该软件的后处理模块生成i5系统的M1.2机床能够识别的数控加工程序。
(9)将(7)生成的加工程序传入M1.2机床完成加工。
Claims (4)
1.一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1)在三维设计软件中建立薄壁首饰的理论三维模型；
步骤(2)将步骤(1)的三维模型导入在线测量补偿加工软件，在该模型所需加工部位确定测量点位，测量路径和理论刀具路径规划；点位要根据理论模型轮廓的曲率，特征的复杂程度来确定点位的个数和分布的疏密程度；
步骤(3)根据五轴机床的结构型式和测量功能要求，采用测头探针的型号，结合步骤(2)确定的测量点位和规划的测量路径生成测量程序，每一个测量点的探测运动路径方向与理论模型曲面在该点的法向重合；
步骤(4)将毛坯、测头安装到机床上并利用步骤(3)所得测量程序进行在线测量，机床将每个测量点的五个坐标值记录存储；
步骤(5)将步骤(4)所得的测量数据通过坐标变换，即将机床测量坐标变换为工件坐标；
步骤(6)将步骤(5)所得数据导入在线测量补偿加工软件中拟合出实际曲面，并根据该曲面和理论刀具路径生成补偿加工刀具路径，进而生成机床的补偿加工程序；
步骤(7)使用步骤(6)的加工程序完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，其特征在于：所述机床测量点都是该点在机床测量坐标系下的实际坐标值，通过在线测量补偿加工软件的坐标变换模块将该坐标值自动转换到工件坐标系下的空间坐标值。
3.根据权利要求1所述的一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，其特征在于：所述补偿加工刀具路径是理论刀具路径结合拟合的实际曲面通过在线测量补偿加工软件的补偿加工刀具路径模块自动生成。
4.根据权利要求1所述的一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，其特征在于：所述补偿加工程序是将补偿加工刀具路径通过在线测量补偿加工软件的机床后处理模块自动生成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010154596.6A CN112757046A (zh) | 2020-03-08 | 2020-03-08 | 薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010154596.6A CN112757046A (zh) | 2020-03-08 | 2020-03-08 | 薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112757046A true CN112757046A (zh) | 2021-05-07 |
Family
ID=75693035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010154596.6A Pending CN112757046A (zh) | 2020-03-08 | 2020-03-08 | 薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112757046A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113547385A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-10-26 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种薄壁环形零件的在线测量补偿方法 |
| CN114101741A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-01 | 北京星航机电装备有限公司 | 一种数控加工在线检测及自动补偿的方法 |
| CN115139153A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-10-04 | 歌尔股份有限公司 | 工件机内量测方法、装置、设备及存储介质 |
| CN117529391A (zh) * | 2021-08-06 | 2024-02-06 | 川崎车辆株式会社 | 构造物的制造方法、构造物制造用的标识符、构造物的制造系统及机械加工程序 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1163299A (en) * | 1965-11-05 | 1969-09-04 | Sentralinstitut For Ind Forskn | Method for Automatically Marking Frame Irons in Ship Building by Means of Numerical Control |
| JPH06285762A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | ロボットによる自由曲面のティーチング方法 |
| KR20130100403A (ko) * | 2012-03-02 | 2013-09-11 | (주)미래컴퍼니 | 이형 연마 시 기구 오차 보정 방법 및 장치 |
| CN105242637A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-13 | 华中科技大学 | 一种航空薄壁叶片补偿加工方法 |
| CN105966132A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-09-28 | 深圳市微雕科技有限公司 | 五轴首饰雕刻机 |
-
2020
- 2020-03-08 CN CN202010154596.6A patent/CN112757046A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1163299A (en) * | 1965-11-05 | 1969-09-04 | Sentralinstitut For Ind Forskn | Method for Automatically Marking Frame Irons in Ship Building by Means of Numerical Control |
| JPH06285762A (ja) * | 1993-04-06 | 1994-10-11 | Mitsubishi Electric Corp | ロボットによる自由曲面のティーチング方法 |
| KR20130100403A (ko) * | 2012-03-02 | 2013-09-11 | (주)미래컴퍼니 | 이형 연마 시 기구 오차 보정 방법 및 장치 |
| CN105242637A (zh) * | 2015-10-27 | 2016-01-13 | 华中科技大学 | 一种航空薄壁叶片补偿加工方法 |
| CN105966132A (zh) * | 2016-07-15 | 2016-09-28 | 深圳市微雕科技有限公司 | 五轴首饰雕刻机 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113547385A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-10-26 | 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司 | 一种薄壁环形零件的在线测量补偿方法 |
| CN117529391A (zh) * | 2021-08-06 | 2024-02-06 | 川崎车辆株式会社 | 构造物的制造方法、构造物制造用的标识符、构造物的制造系统及机械加工程序 |
| CN114101741A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-01 | 北京星航机电装备有限公司 | 一种数控加工在线检测及自动补偿的方法 |
| CN114101741B (zh) * | 2021-12-01 | 2022-10-14 | 北京星航机电装备有限公司 | 一种数控加工在线检测及自动补偿的方法 |
| CN115139153A (zh) * | 2022-06-29 | 2022-10-04 | 歌尔股份有限公司 | 工件机内量测方法、装置、设备及存储介质 |
| CN115139153B (zh) * | 2022-06-29 | 2024-06-04 | 歌尔股份有限公司 | 工件机内量测方法、装置、设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112757046A (zh) | 薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法 | |
| CN108746616B (zh) | 一种同轴送粉与激光锻打复合增减材制造方法及装置 | |
| CN101767218B (zh) | 一种航空发动机机匣五轴插铣加工方法 | |
| CN111195830B (zh) | 一种大型薄壁筒件数字化减薄加工方法 | |
| CN104460516B (zh) | 一种基于后置处理五轴刀具半径补偿方法 | |
| CN102927952A (zh) | 一种航空发动机机匣锥形外壁直径在线检测方法 | |
| CN105242637A (zh) | 一种航空薄壁叶片补偿加工方法 | |
| CN104759942A (zh) | 一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法 | |
| CN104476109A (zh) | 一种蒙皮结构的精确定位加工方法 | |
| CN113547156B (zh) | 三维异形变径涡轮轴锥面体车铣复合精密镜面加工方法 | |
| CN101890625A (zh) | 一种子午线轮胎活络模具花纹圈的制造方法 | |
| CN104690490A (zh) | 一种航空发动机机匣双主轴车铣复合加工方法 | |
| CN101920452B (zh) | 核电设备水室封头的制造方法 | |
| CN111361337B (zh) | 一种立体圆形首饰的随形测量加工控制方法 | |
| CN111203600B (zh) | 一种新型螺旋铣削电火花加工方法 | |
| US20190084099A1 (en) | Method and machine equipment for manufacturing of a cutting tool | |
| CN113985813B (zh) | 一种基于在机检测的机床原点误差补偿方法 | |
| RU2528923C2 (ru) | Способ адаптивной обработки изделий на станках с чпу | |
| CN116852050A (zh) | 一种五轴全直驱桥式龙门加工中心及其加工无人机回转形叶片的工艺 | |
| Chuang et al. | Integrated rough machining methodology for centrifugal impeller manufacturing | |
| CN111300212A (zh) | 随形测量加工控制方法及其在首饰加工领域的应用 | |
| CN110238697A (zh) | 一种三轴数控铣削的对刀方法 | |
| CN206084386U (zh) | 一种增减材复合加工设备 | |
| CN114453836B (zh) | 薄壁不规则球形封头上系列管座孔j形坡口的加工方法 | |
| CN104416324A (zh) | 主给水泵整体闭式双吸叶轮的加工方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20210507 |