CN115139223B - 一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，包括以下步骤：当夹持有待加工零件的夹具工装运行至磨削自动加工单元的加工中心后，磨削自动加工单元的管控系统根据夹具工装坐标偏差值及零件余量偏差值对磨削自动加工单元的加工程序进行补偿，并得到补偿结果；磨削自动加工单元根据所述补偿结果，进行零件的加工；采用上述方法完成剩余零件的加工。该方法将夹具工装基准、零件基准与测量基准通过标定、补偿实现测量坐标系的统一，将预测量余量偏差实时补偿给加工设备，最终共同实现零件加工精度可控要求，实现单元内零件批量稳定自动加工、自动检测，保证零件加工精度。

Description

一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法
技术领域
本发明属于发动机涡轮叶片磨削自动加工，涉及一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法。
背景技术
磨削自动加工单元主要由磨削加工中心、三坐标测量机、清洗烘干机、多工位料库、标刻机、机械手等设备组成。其中，多工位料库共设置有12个用于存放12套夹具工装的相同工位，如图1所示，夹具工装整体安装在带有EROWA零点快换的夹具托盘上。生产准备阶段由操作工将零件按定位要求装夹至12套夹具工装上，机械手自动将夹具托盘整体按加工工位分别运送至多工位料库中的托盘架预设位置。自动运行加工阶段通过机械手将零件、夹具工装、夹具托盘三个作为一个整体在磨削自动加工单元内实现流转加工，完成自动磨削、检测、清洗、标记等任务。
其中，自动检测阶段是零件磨削完成并进行清洗烘干后，检测时无需从夹具上拆卸零件，而是将托盘整体自动搬运至固定在三坐标测量机平台上的定位卡盘，通过夹具托盘下的4组气动拉钉，将托盘整体与定位卡盘进行连接定位，零件在夹具托盘上实现自动检测过程。在保证零件所有磨削工位仅需预留约0.1mm加工余量的前提，通过测量工装夹具偏差及对零件全尺寸进行预测量和偏差计算、补偿等方法，由单元管控系统对所有预测量结果与理论尺寸进行公差分析计算，输出不同工位加工尺寸准确偏差补偿值，并自动将偏差结果补偿至磨削加工中心的执行程序，零件最终按加工补偿要求一次完成所有工位磨削加工，通过工装夹具坐标系准确标定和精确的加工偏差补偿，共同保证了零件尺寸精度控制要求。
但由于多套夹具工装在制造时，每套工装夹具的相同定位点之间均会存在一定偏差或夹具工装在使用一定周期后，各个定位点材料均会出现不同程度磨损，无有效方法准确预判夹具工装定位点偏差磨损量。在批量加工时，零件在多套相同工装夹具装夹后，零件测量坐标系及加工坐标系均会受每个夹具定位点偏差影响，造成测量基准及加工基准不统一的问题，如不对夹具偏差及加工尺寸偏差进行补偿，零件加工尺寸会出现超差问题，无法保证零件加工质量和加工精度。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，从而实现单元内零件批量稳定自动加工、自动检测，保证零件加工精度。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，包括以下步骤：
S1：当夹持有待加工零件的夹具工装运行至磨削自动加工单元的加工中心后，磨削自动加工单元的管控系统根据所述夹具工装坐标偏差值及零件余量偏差值对磨削自动加工单元的加工程序进行补偿，并得到补偿结果；
S2：所述磨削自动加工单元根据所述补偿结果，进行零件的加工；
优选的，所述夹具工装坐标偏差值的获取过程为：
S101：建立基准坐标系；
S102：依次建立若干套夹具工装的零件坐标系；
S103：对所述基准坐标系与所述零件坐标系之间的偏差进行标定，获取所述夹具工装坐标偏差值。
优选的，当所述磨削自动加工单元运行预先设定的周期后，重新建立所述零件坐标系。
优选的，所述基准坐标系的建立具体为通过检测磨削自动加工单元中的定位卡盘上的定位点、定位面或定位孔，建立所述基准坐标系。
优选的，所述零件坐标系的建立过程具体为选取磨削自动加工单元中的夹具工装上的六处定位点或定位面，对选取的六处定位点或定位面进行采集和坐标系自动拟合，建立所述零件坐标系。
优选的，所述六处定位点或定位面为工装制造时进行零件定位的理论定位点或定位面。
优选的，所述步骤S103具体为：将若干套夹具工装的零件坐标系分别与基准坐标系进行比对，通过磨削自动加工单元的测量程序自动实现偏差值的分析与计算，获取所述夹具工装坐标偏差值。
优选的，所述偏差值包括位置方向的偏差值和角度方向的偏差值。
优选的，所述零件余量偏差值包括圆弧、端面以及孔槽的偏差值。
优选的，所述零件余量偏差值的获取过程具体为将所述待加工零件在所述磨削自动加工单元内的加工中心经过第一次粗加工，然后将经过第一次粗加工后的零件在所述磨削自动加工单元内的测量机上进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果与所述待加工零件相应部位的理论值进行偏差计算，得到所述零件余量偏差值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，采用夹具工装坐标偏差值及零件余量偏差值对磨削自动加工单元的加工程序进行补偿，并得到补偿结果，磨削自动加工单元根据所述补偿结果，进行零件的加工。该方法将夹具工装基准、零件基准与测量基准通过标定、补偿实现测量坐标系的统一，将预测量余量偏差实时补偿给加工设备，最终共同实现零件加工精度可控要求。保证磨削自动加工单元中使用的多套相同夹具工装可直接用于零件加工及检测，最终零件只通过一次装夹，可完成所有工位加工及全尺寸测量，实现单元内零件批量稳定自动加工、自动检测，保证零件加工精度。
进一步的，当磨削自动加工单元运行预先设定的周期后，重新建立零件坐标系，保证单元内零件加工及测量的可靠性。
进一步的，通过检测磨削自动加工单元中的定位卡盘上的定位点、定位面或定位孔，建立基准坐标系，方便快捷。
进一步的，选取磨削自动加工单元中的夹具工装上的六处定位点或定位面，对选取的六处定位点或定位面进行采集和坐标系自动拟合，建立零件坐标系。采用六点定位方法建立零件坐标系，方便快捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术中夹具工装、夹具托盘以及定位卡盘的结构示意图；
图2为本发明一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法的流程示意图；
图3为本发明实施例2中建立的基准坐标系图示；
图4为本发明实施例2中工装定位点图示；
图5为本发明实施例2中零件坐标系图示。
其中：1、夹具工装，2、夹具托盘，3、气动拉钉，4、定位卡盘，11、第一平面，12、定位点，13、第二平面。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，为现有技术中夹具工装、夹具托盘以及定位卡盘的结构示意图；夹具工装1整体安装在带有EROWA零点快换的夹具托盘2上，生产准备阶段由操作工将零件按定位要求装夹至12套夹具工装上。在自动检测阶段，夹具托盘2整体自动搬运至固定在三坐标测量机平台上的定位卡盘4，通过夹具托盘下的气动拉钉3，将夹具托盘整体与定位卡盘进行连接定位，零件在夹具托盘上实现自动检测过程。但由于多套夹具工装在制造时，每套工装夹具的相同定位点之间均会存在一定偏差或夹具工装在使用一定周期后，各个定位点材料均会出现不同程度磨损，无有效方法准确预判夹具工装定位点偏差磨损量。在批量加工时，零件在多套相同工装夹具装夹后，零件测量坐标系及加工坐标系均会受每个夹具定位点偏差影响，造成测量基准及加工基准不统一的问题，如不对夹具偏差及加工尺寸偏差进行补偿，零件加工尺寸会出现超差问题，无法保证零件加工质量和加工精度。因此，发明提供一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，通过逐个检测每套夹具定位六点，提取每套夹具工装坐标系相对于基准坐标系的偏差值，然后通过给零件预留加工余量，并将夹具偏差值和尺寸偏差值进行测量标定和补偿，实现单元内零件批量稳定自动加工、自动检测，保证零件加工精度。具体如图2所示，一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，包括以下步骤：
S1：当夹持有待加工零件的夹具工装运行至磨削自动加工单元的加工中心后，磨削自动加工单元的管控系统根据夹具工装坐标偏差值及零件余量偏差值对磨削自动加工单元的加工程序进行补偿，并得到补偿结果；
其中，夹具工装坐标偏差值的获取过程为：
S101：建立基准坐标系，具体为通过检测磨削自动加工单元中的定位卡盘上的定位点、定位面或定位孔，建立所述基准坐标系。
S102：依次建立若干套夹具工装的零件坐标系，具体为选取磨削自动加工单元中的夹具工装上的六处定位点或定位面，对选取的六处定位点或定位面进行采集和坐标系自动拟合，建立该零件坐标系。该六处定位点或定位面为工装制造时进行零件定位的理论定位点或定位面。另外，当磨削自动加工单元运行预先设定的周期后，重新建立所述零件坐标系。
S103：对所述基准坐标系与所述零件坐标系之间的偏差进行标定，获取所述夹具工装坐标偏差值。具体为分别将若干套夹具工装的零件坐标系分别与基准坐标系进行比对，通过磨削自动加工单元的测量程序自动实现偏差值的分析与计算，获取所述夹具工装坐标偏差值，其中的偏差值包括位置方向的偏差值和角度方向的偏差值。
零件余量偏差值是该零件在单元内的加工中心经过第一次粗加工，并在测量机上自动测量零件加工部位后与相应部位理论值进行偏差计算后得到的余量偏差值。单元内是在不装夹零件的前提下，先对所有夹具定位偏差进行测量，首先得到夹具的偏差值，可认为该偏差值在一定使用周期内保持不变。待加工的所有零件自身余量存在一定差异性，需先经过粗加工，并保留一部分余量，并对该部分实际余量进行测量并自动与理论值进行偏差计算，得到每件零件的余量偏差值。零件余量偏差值包括圆弧、端面以及孔槽的偏差值。
S2：磨削自动加工单元根据该补偿结果，进行零件的加工；
S3：根据S1～S2的方法完成剩余零件的加工。
本发明提供一种磨削自动加工单元中工装夹具及加工偏差周期标定及补偿方法，将夹具工装基准、零件基准与测量基准通过标定、补偿实现测量坐标系的统一，将预测量余量偏差实时补偿给加工设备，最终共同实现零件加工精度可控要求。保证磨削自动加工单元中使用的多套相同夹具工装可直接用于零件加工及检测，最终零件只通过一次装夹，可完成所有工位加工及全尺寸测量。通过逐个检测每套夹具定位六点，按照最佳拟合方式，提取每套夹具工装坐标系相对于基准坐标系的偏差及零件余量偏差，得出各个轴的位置、角度方向偏差值，并将所有偏差值补偿到加工及检测程序中，实现单元内零件批量稳定自动加工、自动检测，保证零件加工精度。
实施例2
本实施例提供一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，包括以下步骤：
(1)基准坐标系的建立：即安装固定在三坐标测量机平台上的标准的EROWA定位卡盘，通过检测定位卡盘上的定位点、定位面、定位孔等元素，确定测量基准坐标系O，如图3所示。
(2)零件坐标系的建立：基于零件的理论三维模型，采用六点定位原理，选取零件上六处定位点或面，即工装制造时进行零件定位的理论定位点或面。通过三坐标编制六点迭代拟合测量程序，对工装夹具1上的六处定位进行采集和坐标系自动拟合，即建立零件坐标系O1，具体为如图4所示，采用第一平面11确定Z方向，采用定位点12确定X方向，采用第二平面13确定Y方向，确定的坐标系如图5所示。采用同样的测量方法，对剩余的11套工装夹具，依次进行测量点的采集和坐标系的拟合，建立零件坐标系依次为O1、O2、O3......O12。对夹具工装测量并建立坐标系后，在自动单元中可直接用于零件测量，不用拆卸零件。
(3)基准坐标系与零件坐标系偏差拟合及标定：因EROWA定位卡盘在单元内的三坐标测量机平台已进行安装固定，可认为基准坐标系O的位置固定不变，分别将12套工装夹具已经测量和建立的零件坐标系(O1、O2、O3......O12)与基准坐标系O进行比对，并通过测量程序自动实现位置方向和角度方向偏差值分析计算，依次求出位置方向X、Y、Z偏差值和角度方向A、B、C偏差值。分别标记为Oa(Xa、Ya、Za、Aa、Ba、Ca)、Ob(Xb、Yb、Zb、Ab、Bb、Cb)、Oc(Xc、Yc、Zc、Ac、Bc、Cc).....Ol(Xl、Yl、Zl、Al、Bl、Cl)共12组偏差值。即完成了工装夹具的标定工作。针对新制或已使用一定周期的工装夹具，均可按照以上方法完成检测标定。对单元内长期使用的工装夹具可根据实际使用情况，设定一个夹具工装固定标定周期(3个月或6个月)，保证单元内零件加工及测量可靠性。
(4)工装夹具坐标系偏差值及零件尺寸余量偏差值补偿：磨削自动加工单元的管控系统会对三坐标测量完的每个对应编号的工装夹具坐标系偏差标定值及对应零件尺寸余量偏差值进行提取和后台记录。当相应编号的工装夹具及零件在单元内流转加工及检测时，单元管控系统会识别其对应坐标系偏差值并对检测程序进行补充，对应零件尺寸的预测量余量偏差值(圆弧、端面、孔槽等)将对加工程序实现补偿。即当夹具工装整体运行至磨削加工中心设备后，单元管控系统根据对应工装夹具坐标偏差值及零件余量偏差值对磨削加工中心的加工程序实现补偿，相应统一了零件加工基准。当夹具工装整体运行至三坐标测量机后，单元管控系统根据对应工装夹具坐标偏差值对三坐标测量程序进行补偿，相应统一了零件测量基准。最终实现批量零件加工及检测，保证零件加工的准确性、一致性及加工精度控制。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：当夹持有待加工零件的夹具工装运行至磨削自动加工单元的加工中心后，磨削自动加工单元的管控系统根据所述夹具工装坐标偏差值及零件余量偏差值对磨削自动加工单元的加工程序进行补偿，并得到补偿结果；
S2：所述磨削自动加工单元根据所述补偿结果，进行零件的加工；
所述夹具工装坐标偏差值的获取过程为：
S101：建立基准坐标系；
S102：依次建立若干套夹具工装的零件坐标系；
S103：对所述基准坐标系与所述零件坐标系之间的偏差进行标定，获取所述夹具工装坐标偏差值；
所述基准坐标系的建立具体为通过检测磨削自动加工单元中的定位卡盘上的定位点、定位面或定位孔，建立所述基准坐标系；
所述零件坐标系的建立过程具体为选取磨削自动加工单元中的夹具工装上的六处定位点或定位面，对选取的六处定位点或定位面进行采集和坐标系自动拟合，建立所述零件坐标系；
所述六处定位点或定位面为工装制造时进行零件定位的理论定位点或定位面；
所述步骤S103具体为：将若干套夹具工装的零件坐标系分别与基准坐标系进行比对，通过磨削自动加工单元的测量程序自动实现偏差值的分析与计算，获取所述夹具工装坐标偏差值；
所述零件余量偏差值的获取过程具体为将所述待加工零件在所述磨削自动加工单元内的加工中心经过第一次粗加工，然后将经过第一次粗加工后的零件在所述磨削自动加工单元内的测量机上进行测量，得到测量结果，并将所述测量结果与所述待加工零件相应部位的理论值进行偏差计算，得到所述零件余量偏差值。
2.根据权利要求1所述的一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，其特征在于，当所述磨削自动加工单元运行预先设定的周期后，重新建立所述零件坐标系。
3.根据权利要求1所述的一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，其特征在于，所述偏差值包括位置方向的偏差值和角度方向的偏差值。
4.根据权利要求1所述的一种采用磨削自动加工单元批量加工零件的方法，其特征在于，所述零件余量偏差值包括圆弧、端面以及孔槽的偏差值。
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