CN113579853A - 一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属切削加工技术领域，具体涉及一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，基于数控机床建立测厚系统，利用测厚系统进行零件腹板厚度的自动在线测量；测厚系统基于测量的信息计算得到实际零件腹板厚度与理论值的误差，将该误差输入数控机床的控制系统中，数控机床的控制系统根据所得零件腹板加工理论抬刀值，生成零件腹板抬刀加工路径；启动数控机床，使数控机床基于加工路径自动完成对零件腹板的补充加工。本技术方案实现零件腹板厚度的自动化测量和加工，降低人工干预加工的风险，对于大型框、梁零件生产线的柔性化建设具有重要意义。
Description
技术领域
本发明属于金属切削加工技术领域，具体涉及一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法。
背景技术
由于在飞机的框、梁零件加工过程中，刀具误差、主轴伸长以及零件变形等不确定性因素的影响，造成零件腹板厚度难以一次性加工到位，需要在加工过程中增加测量手段以监测零件腹板厚度状态。目前，针对大型框、梁零件腹板加工问题的传统加工方案仍然采用“数控加工-人工测量零件腹板厚度-数控补充加工”的方式，这种人工干预的测量、加工模式极大地阻碍了大型框、梁零件生产线的柔性化建设，也增加了生产状态控制的不稳定性。因此，提出一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法具有重要意义。
发明内容
本发明旨在去除框、梁零件腹板加工过程中的人工测量环节，提出一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，实现零件腹板厚度的自动化测量和加工，降低人工干预加工的风险，对于大型框、梁零件生产线的柔性化建设具有重要意义。
具体通过以下技术方案实现：
一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，基于数控机床建立测厚系统；
S2，对于数控机床加工完成的大型框梁零件，利用测厚系统进行零件腹板厚度的自动在线测量；
S3，测厚系统基于测量的信息计算得到实际零件腹板厚度与理论值的误差，即零件腹板加工理论抬刀值；
S4，将零件腹板加工理论抬刀值输入数控机床的控制系统中，数控机床的控制系统根据所得零件腹板加工理论抬刀值，生成零件腹板抬刀加工路径；
S5，启动数控机床，使数控机床基于零件腹板抬刀加工路径自动完成对零件腹板的补充加工。
具体的，所述步骤S1中的测厚系统包括测头、弹簧测力机构、数据处理器以及依次电性连接的压电传感器、数模转换器和无线传输装置，无线传输装置与数据处理器通信连接，数据处理器与数控机床的控制系统电性连接；测头通过数控机床的刀柄与数控机床的主轴配合连接，弹簧测力机构两端分别连接零件腹板下表面和压电传感器。
优选的，所述步骤S2中，零件腹板厚度的在线测量包括以下步骤：
S21，控制数控机床主轴运动，将侧头移动至零件腹板的上表面，通过测头测量获得零件腹板上表面的坐标信息，并通过数据端口将零件腹板上表面坐标信息传输至数据处理器；
S22，基于零件腹板下表面形变导致的弹簧测力机构弹簧力变化产生力信号，利用压力传感器将该力信号转化为相应的电信号发送至数模转换器；
S23，利用数模转换器将接收的电信号转化为与零件腹板下表面形变对应的模拟信号，然后利用无线传输装置将该模拟信号传输至数据处理器。
优选的，所述零件腹板上表面的坐标信息为基于加工坐标系下零件腹板上表面的轴向坐标值 Z1,所述模拟信号中承载了零件腹板下表面的形变方向和变形量ΔZ。
优选的，所述步骤S3中，计算相应误差的方法是：已知零件腹板理论厚度T，零件腹板下表面理论轴向坐标值Z2，则有ΔT=T-(Z1-(Z2+ΔZ))，其中，ΔT为实际零件腹板厚度与理论值的误差。
优选的，所述步骤 S5中是在加工坐标系下，沿轴向偏移ΔT进行加工，其中，若 ΔT>0，基于零件腹板抬刀加工路径形成的零件腹板加工将整体抬高ΔT；若 ΔT<0，基于零件腹板抬刀加工路径形成的零件腹板加工刀轨将整体降低-ΔT。
优选的，所述步骤S3包括在数据处理其中，基于算法设定弹簧测力机构伸长时ΔZ取正值，否则ΔZ取负值。
本技术方案带来的有益效果：
1）本技术方案专门针对大型框梁零件腹板的加工，通过布设测厚系统对数控机床初步加工完成的成型件进行自动在线测量，代替了传统的人工测量方式，测控系统依附于数控机床工作，可与数控机床完美配合，实现数控机床对零件腹板的不间断加工，符合大型框、梁零件生产线柔性化建设的要求，确保了生产状态控制的稳定性，同时，因实现了无人工干预测量的不间断加工，大大提高了生产效率，基于减少的人工参与量，可节约极大的人工成本。
2）本技术方案的测厚系统通过测头、弹簧测力机构、数据处理器电传感器、数模转换器和无线传输装置简单组合而成，其结构和工作原理简单，测厚方式巧妙，尤其适用于大型框梁零件腹板的厚度测量，且测量结果真实可靠，为数控机床对大型框、梁零件腹板的补充加工提供了可靠依据。
附图说明
图1为本技术方案基于信号流向的方法流程示意图；
图2为本技术方案测厚系统的结构原理示意图；
图3为零件腹板的状态结构示意图；
图中：
1、主轴；2、刀柄；3、测头；4、零件腹板的上表面；5、零件腹板的下表面；6、弹簧测力机构；7、压电传感器；8、数模转换器；9、无线传输装置；10、数据处理器；11、控制系统；12、数控机床。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是为了解释本发明而非对本发明的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例公开了一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，作为本发明一种基本的实施方案，包括以下步骤：
S1，基于数控机床12建立测厚系统，主要为需要将测厚系统依附于数控机床12布设，且测厚系统需要与数控机床12配合工作；
S2，对于数控机床12加工完成的大型框梁零件，利用测厚系统进行零件腹板厚度的自动在线测量；其中，所谓加工完成的大型框梁零件，即为现有技术中通过数控机床12初步加工完成的成型件，该成型件未经过精度修整；
S3，测厚系统基于测量的信息计算得到实际零件腹板厚度与理论值的误差，即零件腹板加工理论抬刀值；
S4，将零件腹板加工理论抬刀值输入数控机床12的控制系统11中，数控机床12的控制系统11根据所得零件腹板加工理论抬刀值，生成零件腹板抬刀加工路径；
S5，启动数控机床12，使数控机床12基于零件腹板抬刀加工路径自动完成对零件腹板的补充加工。
本技术方案专门针对大型框梁零件腹板的加工，通过布设测厚系统对数控机床12初步加工完成的成型件进行自动在线测量，代替了传统的人工测量方式，测控系统依附于数控机床12工作，可与数控机床12完美配合，实现数控机床12对零件腹板的不间断加工，符合大型框、梁零件生产线柔性化建设的要求，确保了生产状态控制的稳定性，同时，因实现了无人工干预测量的不间断加工，大大提高了生产效率，基于减少的人工参与量，可节约极大的人工成本。
实施例2
本实施例公开了一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，作为本发明一种优选的实施方案，即实施例1中的步骤S1中，测厚系统包括测头3、弹簧测力机构6、数据处理器10以及依次电性连接的压电传感器7、数模转换器8和无线传输装置9，无线传输装置9与数据处理器10通信连接，数据处理器10与数控机床12的控制系统11电性连接；测头3通过数控机床12的刀柄2与数控机床12的主轴1配合连接，弹簧测力机构6两端分别连接零件腹板下表面和压电传感器7。
在实际使用中，测头3用于测量零件腹板上表面的坐标信息，并将坐标信息上传至数据处理器10。压电传感器7配合弹簧测力机构6获取零件腹板下表面的形变信息，具体为：当零件腹板下表面向上凹陷时，弹簧测力机构6被拉伸，弹簧测力机构6上出现弹簧力，此时弹簧测力机构6对压电传感器7产生拉力，腹板下表面凹陷越深，弹簧测力机构6对压电传感器7产生的拉力越大，压电传感器7将相应大小的拉力转换成电信号，该电信号通过数模转换后，由无线传输装置9上传至数据处理器10；当零件腹板下表面向下凸起时，弹簧测力机构6被压缩，弹簧测力机构6上出现弹簧力，此时弹簧测力机构6对压电传感器7产生压力，腹板下表面凸起越高，弹簧测力机构6对压电传感器7产生的压力越大，压电传感器7将相应大小的压力转换成电信号，该电信号通过数模转换后，由无线传输装置9上传至数据处理器10。数据处理器10根据接收到的零件腹板上表面的坐标信息和腹板下表面的形变信息，计算出实际零件腹板厚度与理论值的误差，并将该误差上传至数控机床12的控制系统11，由此便实现了测厚系统与数控机床12的完美配合，为数控机床12对零件腹板的不间断加工打下了良好的基础。
本技术方案的测厚系统通过测头3、弹簧测力机构6、数据处理器10电传感器、数模转换器8和无线传输装置9简单组合而成，其结构和工作原理简单，测厚方式巧妙，尤其适用于大型框梁零件腹板的厚度测量，且测量结果真实可靠，为数控机床12对大型框、梁零件腹板的补充加工提供了可靠依据。
实施例3
本实施例公开了一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，作为本发明一种优选的实施方案，基于实施例2中的测厚系统机构，步骤S2中，零件腹板厚度的在线测量包括以下步骤：
S21，控制数控机床12主轴1运动，将侧头移动至零件腹板的上表面4，通过测头3测量获得零件腹板上表面的坐标信息，并通过数据端口将零件腹板上表面坐标信息传输至数据处理器10；其中，零件腹板上表面的坐标信息是基于零件腹板的加工坐标系进行测量的，且坐标信息主要为Z轴（即垂直于数控机床12加工平台的坐标轴）上的坐标值，即零件腹板上表面的坐标信息为基于加工坐标系下零件腹板上表面的轴向坐标值 Z1；
S22，基于零件腹板下表面形变导致的弹簧测力机构6弹簧力变化产生力信号，利用压力传感器将该力信号转化为相应的电信号发送至数模转换器8；
S23，利用数模转换器8将接收的电信号转化为与零件腹板下表面形变对应的模拟信号，然后利用无线传输装置9将该模拟信号传输至数据处理器10，进一步的，模拟信号中承载了零件腹板下表面的形变方向和变形量ΔZ，同时，在数据处理器10内部基于算法设定弹簧测力机构6伸长时ΔZ取正值，否则ΔZ取负值。
实施例4
本实施例公开了一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，作为本发明一种优选的实施方案，即基于实施例3，步骤S3中，计算相应误差的方法是：已知零件腹板理论厚度T，零件腹板下表面理论轴向坐标值Z2，则有ΔT=T-(Z1-(Z2+ΔZ))，其中，ΔT为实际零件腹板厚度与理论值的误差。
进一步的，步骤 S5中，是在加工坐标系下，沿轴向偏移ΔT进行加工，其中，若 ΔT>0，基于零件腹板抬刀加工路径形成的零件腹板加工将整体抬高ΔT；若 ΔT<0，基于零件腹板抬刀加工路径形成的零件腹板加工刀轨将整体降低-ΔT。
Claims (7)
1.一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，基于数控机床（12）建立测厚系统；
S2，对于数控机床（12）加工完成的大型框梁零件，利用测厚系统进行零件腹板厚度的自动在线测量；
S3，测厚系统基于测量的信息计算得到实际零件腹板厚度与理论值的误差，即零件腹板加工理论抬刀值；
S4，将零件腹板加工理论抬刀值输入数控机床（12）的控制系统（11）中，数控机床（12）的控制系统（11）根据所得零件腹板加工理论抬刀值，生成零件腹板抬刀加工路径；
S5，启动数控机床（12），使数控机床（12）基于零件腹板抬刀加工路径自动完成对零件腹板的补充加工。
2.如权利要求 1 所述一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于：所述步骤S1中的测厚系统包括测头（3）、弹簧测力机构（6）、数据处理器（10）以及依次电性连接的压电传感器（7）、数模转换器（8）和无线传输装置（9），无线传输装置（9）与数据处理器（10）通信连接，数据处理器（10）与数控机床（12）的控制系统（11）电性连接；测头（3）通过数控机床（12）的刀柄（2）与数控机床（12）的主轴（1）配合连接，弹簧测力机构（6）两端分别连接零件腹板下表面和压电传感器（7）。
3.如权利要求2所述一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，零件腹板厚度的在线测量包括以下步骤：
S21，控制数控机床（12）主轴（1）运动，将侧头移动至零件腹板的上表面（4），通过测头（3）测量获得零件腹板上表面的坐标信息，并通过数据端口将零件腹板上表面坐标信息传输至数据处理器（10）；
S22，基于零件腹板下表面形变导致的弹簧测力机构（6）弹簧力变化产生力信号，利用压力传感器将该力信号转化为相应的电信号发送至数模转换器（8）；
S23，利用数模转换器（8）将接收的电信号转化为与零件腹板下表面形变对应的模拟信号，然后利用无线传输装置（9）将该模拟信号传输至数据处理器（10）。
4.如权利要求3所述一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于：所述零件腹板上表面的坐标信息为基于加工坐标系下零件腹板上表面的轴向坐标值 Z1,所述模拟信号中承载了零件腹板下表面的形变方向和变形量ΔZ。
5.如权利要求4所述一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算相应误差的方法是：已知零件腹板理论厚度T，零件腹板下表面理论轴向坐标值Z2，则有ΔT=T-(Z1-(Z2+ΔZ))，其中，ΔT为实际零件腹板厚度与理论值的误差。
6.如权利要求 5 所述的一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于，所述步骤 S5中是在加工坐标系下，沿轴向偏移ΔT进行加工，其中，若 ΔT>0，基于零件腹板抬刀加工路径形成的零件腹板加工将整体抬高ΔT；若 ΔT<0，基于零件腹板抬刀加工路径形成的零件腹板加工刀轨将整体降低-ΔT。
7.如权利要求4所述一种大型框梁零件腹板厚度在线监测加工方法，其特征在于，所述步骤S3包括在数据处理其中，基于算法设定弹簧测力机构（6）伸长时ΔZ取正值，否则ΔZ取负值。
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