CN115592467A - 基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法及系统 - Google Patents

基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法及系统 Download PDF

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    • B23Q17/20—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness

Abstract

本发明公开了一种基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，包括：在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据误差调整未加工侧的刀路参数；将叶环翻面装夹；在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差。本发明可有效地控制整体叶环精加工的接刀痕、显著较少试切加工的次数、大幅提高加工的效率。

Description

基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法及系统
技术领域
本发明涉及叶环加工技术领域，特别涉及一种基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法及系统。
背景技术
由于受工件结构的影响，航空发动机整体叶环的数控铣削精加工工序，通常需要翻面从前缘和尾缘两侧分别进刀加工，翻面两侧进刀会给整体叶环的加工引入新的问题，其中两侧加工的接刀痕控制尤为重要，出于对叶环气动性能的考虑，翻面加工的接刀要求十分严格，因此在工艺编排和加工路径的规划上，都必须考虑接刀痕的控制，整体叶环的结构如图1所示，包括外侧的围带1，内侧的轮毂2，设置于围带1和轮毂2之间的叶片3。
目前工程上，主要采用人工方法，调整工件的角向位置和对侧加工余量进行叶环精加工的接刀痕控制，该方法对操作者的工艺经验要求较高，并且单次调整很难找到合适的参数，往往需要通过多次的试切逐步找到满足接刀痕公差要求的调整参数。首次试切的参数选择，对工艺人员的经验要求较高，存在较大的质量风险，同时需要多次试切去寻找合理的参数，该过程对零件整体的加工效率也有较大影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可有效控制整体叶环精加工的接刀痕、显著较少试切加工的次数、大幅提高加工的效率的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其包括以下步骤：
S1、在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；
S2、计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；
S3、将叶环翻面装夹；
S4、在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；
S5、根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差；
S6、根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置；
S7、根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工。
作为本发明的进一步改进，步骤S2包括：计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，得到一组误差值，根据一组误差值的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；或者，根据一组误差值中最大值和最小值的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数调整未加工侧的刀路参数。
作为本发明的进一步改进，步骤S3包括：将叶环翻面装夹，并按照角向特征进行定位；其中，所述角向特征为叶环上能够确定角向位置的特征。
作为本发明的进一步改进，步骤S5包括：
假设存在一个旋转变换TA，使得第二组测量点的实际坐标经过旋转变换TA后，与第二组测量点的理论坐标之间的距离的平方和最小，则旋转变换TA为叶环从实际角向位置到理论角向位置的最佳变换；求解旋转变换TA，得到角向误差。
作为本发明的进一步改进，因为表示角向的旋转变换TA为绕着Z轴的旋转变换，因此旋转变换TA为：
Figure BDA0003724362440000021
其中，α为角向误差。
作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，在叶片的多个截面上规划已加工侧的在机测量路径，在所述多个截面上规划测量点，并将全部测量点组合得到第一组测量点。
本发明还提供了一种基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制系统，其包括：
第一路径规划和测量模块，用于在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；
误差计算模块，用于计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；
第二路径规划和测量模块，用于在叶环翻面装夹后，在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；
角向误差计算模块，用于根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差；
加工模块，用于在根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置后，根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任意一项所述方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现上述任意一项所述方法的步骤。
本发明还提供了一种航空发动机整体叶环，其采用上述任一所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法设计得到。
本发明的有益效果：
本发明基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法通过在翻面前测量叶片已加工侧，得到需要补偿的轮廓度余量，并在翻面后通过测量已加工侧，得到翻面装夹的角向误差，并根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置，根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工，本发明可有效地控制整体叶环精加工的接刀痕、显著较少试切加工的次数、大幅提高加工的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明整体叶环的示意图；
图2是本发明基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法的示意图；
图3是本发明第一组测量点的示意图；
图4是本发明拟合得到的实际叶型轮廓曲线和理论叶型曲线；
图5是本发明第二组测量点的示意图；
图6是本发明基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法加工的叶环叶型轮廓。
标记说明：1、围带；2、轮毂之间；3、叶片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
如图2所示，本实施例公开了一种基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，该方法包括以下步骤：
S1、在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；参照图3，其中，黑点为第一组测量点。
可选地，在叶片的多个截面上规划已加工侧的在机测量路径，在所述多个截面上规划测量点，并将全部测量点组合得到第一组测量点。
S2、计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；
具体地，步骤S2包括：计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，得到一组误差值，根据一组误差值的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；或者，根据一组误差值中最大值和最小值的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数调整未加工侧的刀路参数。参照图4，其中，实线为第一组测量点的理论坐标曲线拟合得到的叶型轮廓曲线，虚线为根据第一组测量点的实际坐标拟合得到的叶型轮廓曲线。
具体地，根据已加工侧的轮廓度余量，调整未加工侧的刀路余量(例如：已加工侧实际叶型轮廓偏厚，则对未加工侧的刀路施加负余量，使未加工侧加工完成之后不再偏厚)，刀路参数包括刀路的切深切宽、加工进给率F等。
S3、将叶环翻面装夹；
具体地：将叶环翻面装夹，并按照角向特征进行定位；其中，所述角向特征为叶环上能够确定角向位置的特征。比如在叶环零件端面，有一个贯穿的销孔，正面加工和反面加工时都通过这个孔特征确定角向位置(夹具上有一个销子穿过这个孔)，把这样的特征称为确定角向的特征。类似的还有角向槽，等等。
S4、在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；第二组测量点分布如图5所示。因为翻面之后，测量已加工侧需要考虑刀轴避让问题，因此无需测量完整的叶型线，只需在叶盆和叶背上布置n个测量点(p1,p2,…,pn)即可。
S5、根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差；
具体地，假设存在一个旋转变换TA，使得第二组测量点的实际坐标经过旋转变换TA后，与第二组测量点的理论坐标之间的距离的平方和最小，可用数学关系表示为：
Figure BDA0003724362440000061
其中，布置的n个理论测量点(p1，p2，...，pn)，测量得到的与之对应的n个实测点为(p′1，p′2，...，p′n)。
则旋转变换TA为叶环从实际角向位置到理论角向位置的最佳变换；求解旋转变换TA，得到角向误差。
因为表示角向的旋转变换TA为绕着Z轴的旋转变换，因此旋转变换TA为：
Figure BDA0003724362440000062
其中，α为角向误差。
可选地，求解该旋转变换使用经典的ICP算法，因为ICP算法为现有技术，在此不再赘述。
S6、根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置；即在机床上绕着叶环回转轴旋转工件坐标系，旋转角度为α。
S7、根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工。
为了验证本发明的有效性，利用本实施例中基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法对叶环进行加工，步骤如下：
(1)在叶片的某几个截面上，规划已加工侧的在机测量路径，假设规划了50个理论测量点：(p1，p2，...，p50)，其中一个截面的测量示意图如图3所示，然后生成测量NC程序，并在原位(加工之后不拆卸)上进行测量，得到测量结果；
(2)已加工侧叶型轮廓分析
a.通过50个测量点的实测值(p′1，p′2，...，p′50)可以拟合得到实际的叶型轮廓曲线，如图4所示；
b.计算50个理论测量点(p1，p2，...，p50)和其实际值(p′1，p′2，...，p′50)之间的最大最小误差min和max；本实施例计算的最大误差max＝0.09，最小误差min＝-0.05。
c.工艺人员通过最大最小误差的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；
(3)翻面装夹：当一侧加工完成并进行原位测量之后，由操作者对叶环零件进行翻面装夹并按照理论角向特征进行定位；
(4)翻面装夹之后，测量已加工侧：在叶盆叶背上两侧适当的布置10个测量点(p1，p2，...，p10)即可，测量点分布示意图如图5所示，生成测量NC程序并执行，得到测量结果。
(5)计算翻面的角向偏差：假设布置的10个理论测量点(p1，p2，...，p10)，测量得到的与之对应的10个实测点为(p′1，p′2，...，p′10)，要通过这两组点计算叶环翻面之后的角向偏差。并根据公式计算得到的角向偏差α＝0.12°。
(6)加工未加工侧
a.机床操作者可根据第5步计算得到的α＝0.12°角度调整叶环零件翻面装夹之后的角向位置，在机床上旋转加工坐标系，角度为0.12°。
b.工艺人员可根据第2步测量分析得到的已加工侧的轮廓曲线进行刀路参数调整，然后对未加工侧进行加工，完成叶环的精加工。加工合格，接刀痕控制良好的叶环叶型轮廓如图6所示。
本发明基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法通过在翻面前测量叶片已加工侧，得到需要补偿的轮廓度余量，并在翻面后通过测量已加工侧，得到翻面装夹的角向误差，并根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置，根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工，本发明可有效地控制整体叶环精加工的接刀痕、显著较少试切加工的次数、大幅提高加工的效率。
实施例二
本实施例公开了一种基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制系统，其包括：
第一路径规划和测量模块，用于在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；
误差计算模块，用于计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；
第二路径规划和测量模块，用于在叶环翻面装夹后，在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；
角向误差计算模块，用于根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差；
加工模块，用于在根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置后，根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工。
本发明实施例中的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制系统用于实现前述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，因此该系统的具体实施方式可见前文中的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的上述方法实施例的描述，在此不再展开介绍。
另外，由于本实施例的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制系统用于实现前述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，因此其作用与上述方法的作用相对应，这里不再赘述。
实施例三
本实施例公开了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例一中所述基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法的步骤。
实施例四
本实施例公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述实施例一中所述基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法的步骤。
实施例五
本实施例公开了一种航空发动机整体叶环，其采用上述实施例一中所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法加工得到。
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；
S2、计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据误差调整未加工侧的刀路参数；
S3、将叶环翻面装夹；
S4、在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；
S5、根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差；
S6、根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置；
S7、根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工。
2.如权利要求1所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其特征在于，步骤S2包括：计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，得到一组误差值，根据一组误差值的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；或者，根据一组误差值中最大值和最小值的平均值得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数调整未加工侧的刀路参数。
3.如权利要求1所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其特征在于，步骤S3包括：将叶环翻面装夹，并按照角向特征进行定位；其中，所述角向特征为叶环上能够确定角向位置的特征。
4.如权利要求1所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其特征在于，步骤S5包括：
假设存在一个旋转变换TA，使得第二组测量点的实际坐标经过旋转变换TA后，与第二组测量点的理论坐标之间的距离的平方和最小，则旋转变换TA为叶环从实际角向位置到理论角向位置的最佳变换；求解旋转变换TA，得到角向误差。
5.如权利要求4所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其特征在于，因为表示角向的旋转变换TA为绕着Z轴的旋转变换，因此旋转变换TA为：
Figure FDA0003724362430000021
其中，α为角向误差。
6.如权利要求1所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法，其特征在于，在步骤S1中，在叶片的多个截面上规划已加工侧的在机测量路径，在所述多个截面上规划测量点，并将全部测量点组合得到第一组测量点。
7.基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制系统，其特征在于，包括：
第一路径规划和测量模块，用于在叶片的截面上规划已加工侧的在机测量路径，得到第一组测量点的理论坐标，并进行测量得到第一组测量点的实际坐标；
误差计算模块，用于计算第一组测量点的理论坐标和实际坐标之间的误差，以得到已加工侧的轮廓度余量，并根据已加工侧的轮廓度余量调整未加工侧的刀路参数；
第二路径规划和测量模块，用于在叶环翻面装夹后，在叶片的叶盆和叶背上规划已加工侧的在机测量路径，得到第二组测量点的理论坐标，并进行测量得到第二组测量点的实际坐标；
角向误差计算模块，用于根据第二组测量点的理论坐标和实际坐标计算叶环翻面之后的角向误差；
加工模块，用于在根据角向误差调整叶环翻面装夹后的角向位置后，根据调整后的未加工侧的刀路参数对未加工侧进行加工。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-6中任意一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1-6任意一项所述方法的步骤。
10.一种航空发动机整体叶环，其特征在于，采用如权利要求1-6任一所述的基于在机测量的整体叶环精加工接刀痕控制方法加工得到。
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