CN114310484A - 一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，针对刚性差的薄壁结构特征，通过精车后进行在线测量补偿加工的方法，引入了测头壁厚测量和基于测量数据的厚度补偿，通过自主设计程序实现测量坐标点的提取和厚度补偿值计算，能够提高产品壁厚尤其是薄壁特征壁厚尺寸精度，降低人为干预造成的质量隐患，实现大型壳体薄壁特征的高精度加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，属于数控加工工艺领域。
背景技术
近年来，随着武器装备的轻质化需求日益提高，大型壳体零件中的薄壁特征日益增多。这些薄壁特征具有刚性差、易变形的特点，采用传统加工方法其尺寸精度很难保证。
本专利以某型号大型壳体为阐述对象，该壳体为圆筒形零件，结构如图1所示。其中外形分布的窗口薄壁特征是该产品的重要特征，精度要求高，壁厚要求为
该壳体产品整体刚性差、易变形，产品加工尤其是薄壁特征壁厚精度加工难度大。
受壳体加工过程中的变形影响，现有加工方式需多次测量壁厚后调整刀长参数加工，但存在以下问题：
(1)一次加工合格率低，效率低下
由于零件变形的不确定性，单一调整刀长参数难以满足壁厚公差要求，从目前统计看，薄壁特征一次加工实际测量尺寸为3～3.8mm，需增加人工打磨工序保证尺寸要求，而人工打磨效率低下，大大延长了加工周期；
(2)人为操作存在质量隐患
人工打磨工序需要操作人员具有极高的操作技能，一次小的失误将导致无法估计的损失，具有极大的质量隐患。同时，现有测厚方式为超声波测厚，不同材料的测量需对测厚仪进行人工校准，同时测量过程中测头角度是否存在偏移直接影响测量精度，需要操作人员具有一定的技能水平。
以上问题严重影响壳体产品的加工精度，提高产品壁厚尤其是薄壁特征壁厚尺寸精度，降低人为干预造成的质量隐患是我们目前急需解决的问题，该发明正是在这种背景下提出的。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，现有加工方法中，存在能够严重影响壳体产品加工精度的问题，提出了一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，步骤如下：
(1)根据壳体模型进行薄壁特征加工程序编制；
(2)提取测量坐标点，生成厚度测量程序
(3)设置指定余量，并执行薄壁特征加工程序；
(4)执行厚度测量程序，生成测厚结果文件；
(5)根据测厚结果文件对薄壁特征加工程序进行补偿；
(6)执行补偿后薄壁特征加工程序，完成薄壁结构精加工。
所述步骤(1)中，壳体模型为铸件毛坯经过粗车内外形、精车内外形、时效去应力处理后的薄壁结构壳体。
所述步骤(2)中，所述壳体模型的薄壁结构为矩形槽，通过测头测量薄壁结构两侧坐标值，根据差值计算出薄壁结构厚度数据。
所述步骤(3)中，外形测点程序具体流程为：
计算薄壁特征加工程序中加工轨迹总长度，设置取点步长；
以加工轨迹首点为测点，抽取下一加工轨迹点，计算该点至测点的轨迹长度，并进行判断，若轨迹长度不大于取点步长，则抽取下一加工轨迹点重新进行判断；
若轨迹长度大于取点步长，则抽取该加工轨迹点为测点，计算测点至加工轨迹首点的轨迹长度，若轨迹长度不大于总轨迹长度，则重新以加工轨迹首点为测点，抽取下一加工轨迹点，计算该点至测点的轨迹长度并进行判断；
若轨迹长度大于总轨迹长度，则结束外形测点程序的执行。
所述步骤(6)中，根据测厚结果文件对薄壁特征加工程序进行补偿的方法具体为：
将所选测点位置壁厚与测厚结果文件的数据进行对比，获取差值，以所得差值作为该测点位置刀位点补偿所需数值，于薄壁特征加工程序中，对加工测点刀长进行补偿。
所述薄壁特征加工程序中，待加工点位包括加工刀位点、测点，测点通过外形测点程序确定，并通过步骤(6)确定测点位置刀位点补偿所需数值，加工刀位点补偿所需数值的确定方法为，通过反距离加权插值算法进行插补计算确定。
所述加工刀位点插补计算具体方法为：
获取加工刀位点Q点的壁厚补偿值与测点到Q点的轨迹距离，根据厚度测量程序确定测点处实际厚度值Ti；
定义插补函数，获取加工刀位点补偿值fQ。
所述加工刀位点补偿值fQ的计算方法为：
式中，dk为Q点到各个已知测量点的距离，Wk为加权系数.
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明提供的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，针对刚性差的薄壁结构特征，通过精车后进行在线测量补偿加工的方法，引入了测头壁厚测量和基于测量数据的厚度补偿，通过自主设计程序实现测量坐标点的提取和厚度补偿值计算，能够提高产品壁厚尤其是薄壁特征壁厚尺寸精度，降低人为干预造成的质量隐患，实现大型壳体薄壁特征的高精度加工。
附图说明
图1为发明提供的大型壳体结构示意图；
图2为发明提供的产品加工工艺流程；
图3为发明提供的测头测厚示意图；
图4为发明提供的外形自动提取点流程图；
图5为发明提供的测点处补偿示意图；
图6为发明提供的除测点外补偿示意图；
图7为发明提供的测量补偿软件示意图；
具体实施方式
一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，通过自主设计程序进行测点生成与厚度补偿，提高薄壁特征壁厚加工精度和加工效率，减少人为干预，具体步骤如下：
(1)根据壳体模型进行薄壁特征加工程序编制；
其中，壳体模型为铸件毛坯经过粗车内外形、精车内外形、时效去应力处理后的薄壁结构壳体；
(2)提取薄壁特征加工程序中的部分点位，生成厚度测量程序；
其中，厚度测量程序点位提取具体流程为：
计算薄壁特征加工程序中加工轨迹总长度，设置取点步长；
以加工轨迹首点为测点，抽取下一加工轨迹点，计算该点至测点的轨迹长度，并进行判断，若轨迹长度不大于取点步长，则抽取下一加工轨迹点重新进行判断；
若轨迹长度大于取点步长，则抽取该加工轨迹点为测点，计算测点至加工轨迹首点的轨迹长度，若轨迹长度不大于总轨迹长度，则重新以加工轨迹首点为测点，抽取下一加工轨迹点，计算该点至测点的轨迹长度并进行判断；
若轨迹长度大于总轨迹长度，则结束厚度测点提取程序的执行；
(3)设置指定余量，并执行薄壁特征加工程序；
(4)执行厚度测量程序，生成测厚结果文件；通过对壳体模型薄壁结构的特征尺寸进行分析，利用测头测量薄壁结构两侧坐标值，计算薄壁结构厚度；
其中，壳体模型的薄壁结构为矩形槽，通过测头测量薄壁结构两侧坐标值，根据差值计算出薄壁结构厚度数据；
(5)根据测厚结果文件对薄壁特征加工程序进行补偿；
其中，根据测厚结果文件对薄壁特征加工程序进行补偿的方法具体为：
将所选测点位置壁厚与测厚结果文件的数据进行对比，获取差值，以所得差值作为该测点位置刀位点补偿所需数值，于薄壁特征加工程序中，对加工测点刀长进行补偿；
薄壁特征加工程序中，待加工点位包括加工刀位点、测点，测点通过厚度测点提取程序确定，并通过步骤(5)确定测点位置刀位点补偿所需数值，加工刀位点补偿所需数值的确定方法为，通过反距离加权插值算法进行插补计算确定；
加工刀位点插补计算具体方法为：
获取加工刀位点Q点的壁厚补偿值与测点到Q点的轨迹距离，根据厚度测量程序确定测点处实际厚度值Ti；
定义插补函数，获取加工刀位点补偿值fQ，加工刀位点补偿值fQ的计算方法为：
式中，dk为Q点到各个已知测量点的距离，Wk为加权系数。
(6)执行补偿后薄壁特征加工程序，完成薄壁结构精加工。
下面根据具体实施例进行进一步说明：
在当前实施例中，如图1所示，以某型号壳体的薄壁特征为阐述对象，针对该特征刚性差、易超差的特点，进行在线测量补偿加工方法，该壳体在薄壁特征加工之前已经精车完成，壳体整体壁厚已经加工到位，产品刚性变差、变形较大，为保证薄壁特征加工精度，在精铣薄壁特征前，增加留余量粗铣薄壁特征工序，并引入了测头壁厚测量和基于测量数据的厚度补偿，通过自主开发软件实现测量坐标点的提取和厚度补偿值计算，最终产品薄壁特征加工流程如图2所示。具体流程为：
(1)按照理论模型编制原始加工程序；
(2)提取测量点，生成厚度测量程序。通过对薄壁特征尺寸进行分析，该壳体薄壁特征为矩形槽，因此可以通过测头测量薄壁特征两侧坐标值计算出薄壁特征厚度，如图3所示。通过自主开发专用软件，提取薄壁特征原加工程序中的部分点位形成外形测点程序，功能实现流程如图4所示；
(3)留余量，执行原始加工程序；
(4)执行厚度测量程序，生成测厚结果文件；
(5)根据测厚结果对原始程序进行补偿。壁厚刀位点补偿原理就是将测点位置壁厚与理论壁厚进行对比，两者的差值就是该测点位置刀位点需补偿的数值，由于测点均为加工程序中得出，因此仅需要在刀长方向上进行补偿即可，如图5所示。
除测点以外的加工刀位点的补偿值，通过反距离加权插值算法进行插补得出。反距离加权插值算法中被插值点的属性值受到周围已知点的属性值的影响，其影响因数主要依赖于反比于插值点与已知点之间距离的加权幂指数，即加权幂指数越大，则插值点的属性值受距离较近的已知点的属性值影响越大。如图6所示，Q点处的壁厚补偿值与测点到Q点的轨迹距离有关。刀位点Q的壁厚补偿值插补过程为：
1)首先由测厚模块得到测点处实际厚度值Ti；
2)定义插补函数，其余点补偿值fQ为：
其中dk为Q点到各个已知测量点的距离，Wk为加权系数。
厚度补偿值的计算和测量坐标点的生成都通过自主开发的专用软件生成，如图7所示。
(6)执行补偿后程序，完成薄壁特征的精加工。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于步骤如下：
(1)根据壳体模型进行薄壁特征加工程序编制；
(2)提取测量坐标点，生成厚度测量程序
(3)设置指定余量，并执行薄壁特征加工程序；
(4)执行厚度测量程序，生成测厚结果文件；
(5)根据测厚结果文件对薄壁特征加工程序进行补偿；
(6)执行补偿后薄壁特征加工程序，完成薄壁结构精加工。
2.根据权利要求1所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，壳体模型为铸件毛坯经过粗车内外形、精车内外形、时效去应力处理后的薄壁结构壳体。
3.根据权利要求1所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，所述壳体模型的薄壁结构为矩形槽，通过测头测量薄壁结构两侧坐标值，根据差值计算出薄壁结构厚度数据。
4.根据权利要求1所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述步骤(3)中，外形测点程序具体流程为：
计算薄壁特征加工程序中加工轨迹总长度，设置取点步长；
以加工轨迹首点为测点，抽取下一加工轨迹点，计算该点至测点的轨迹长度，并进行判断，若轨迹长度不大于取点步长，则抽取下一加工轨迹点重新进行判断；
若轨迹长度大于取点步长，则抽取该加工轨迹点为测点，计算测点至加工轨迹首点的轨迹长度，若轨迹长度不大于总轨迹长度，则重新以加工轨迹首点为测点，抽取下一加工轨迹点，计算该点至测点的轨迹长度并进行判断；
若轨迹长度大于总轨迹长度，则结束外形测点程序的执行。
5.根据权利要求4所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述步骤(6)中，根据测厚结果文件对薄壁特征加工程序进行补偿的方法具体为：
将所选测点位置壁厚与测厚结果文件的数据进行对比，获取差值，以所得差值作为该测点位置刀位点补偿所需数值，于薄壁特征加工程序中，对加工测点刀长进行补偿。
6.根据权利要求5所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述薄壁特征加工程序中，待加工点位包括加工刀位点、测点，测点通过外形测点程序确定，并通过步骤(6)确定测点位置刀位点补偿所需数值，加工刀位点补偿所需数值的确定方法为，通过反距离加权插值算法进行插补计算确定。
7.根据权利要求6所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述加工刀位点插补计算具体方法为：
获取加工刀位点Q点的壁厚补偿值与测点到Q点的轨迹距离，根据厚度测量程序确定测点处实际厚度值Ti；
定义插补函数，获取加工刀位点补偿值fQ。
8.根据权利要求7所述的一种大型壳体薄壁特征在线测量补偿方法，其特征在于：
所述加工刀位点补偿值fQ的计算方法为：
式中，dk为Q点到各个已知测量点的距离，Wk为加权系数。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61230841A (ja) * | 1985-04-05 | 1986-10-15 | Hitachi Ltd | 数値制御工作機械の工具の軌跡修正方法 |
| CN102059583A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-18 | 国营险峰机器厂 | 大型难切削零件的精加工方法 |
| CN102490083A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-13 | 上海三一精机有限公司 | 一种用于数控装置的空间轮廓轨迹误差实时显示方法 |
| CN104759942A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-08 | 华中科技大学 | 一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法 |
| CN111843618A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 四川航天长征装备制造有限公司 | 大型结构件窗口口框厚度加工误差补偿方法 |
-
2021
- 2021-12-13 CN CN202111523343.2A patent/CN114310484A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61230841A (ja) * | 1985-04-05 | 1986-10-15 | Hitachi Ltd | 数値制御工作機械の工具の軌跡修正方法 |
| CN102059583A (zh) * | 2010-11-10 | 2011-05-18 | 国营险峰机器厂 | 大型难切削零件的精加工方法 |
| CN102490083A (zh) * | 2011-11-15 | 2012-06-13 | 上海三一精机有限公司 | 一种用于数控装置的空间轮廓轨迹误差实时显示方法 |
| CN104759942A (zh) * | 2015-04-22 | 2015-07-08 | 华中科技大学 | 一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法 |
| CN111843618A (zh) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 四川航天长征装备制造有限公司 | 大型结构件窗口口框厚度加工误差补偿方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 刘德，张海洋: "基于薄板样条插值的厚度补偿加工方法研究" * |
| 钟柳春，毕庆贞: "一种基于超声波测厚的薄壁件自动补偿加工方法" * |
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