[发明专利]将激光跟踪技术与CAD/CAM技术结合实现曲面精确加工的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将激光跟踪技术与CAD/CAM技术结合实现曲面精确加工的方法。

背景技术

某零件是一个直径达几米的空心球体，在该球体的整个表面上分布有多个通孔。由于对这些孔的加工精度有严格要求，合理的制造工艺是先将多块形状、大小完全相同的球瓣(如图1～2所示)焊接成空心球体，然后再以相同的基准在该空心球体的表面开孔。因此，为确保空心球体的加工精度，必须首先保证球瓣的加工精度。而理想的球瓣加工方法是先将板材模锻后形成坯料，然后通过多轴数控铣床分别在坯料上精加工出内外两个球面，最后再加工出球瓣的四个端面以及位于这四个端面上用于球瓣之间焊接的坡口。该方法所面临的困境之一是：使用多轴数控铣床精加工内外两个球面时，由于坯料上的每一个面都是不规则的空间曲面，常规的加工定位方式难以用这些不规则的空间曲面来准确设定坯料与多轴数控铣床的坐标原点的相对位置，从而导致加工精度难以保证。

发明内容

本发明旨在提供一种将激光跟踪技术与CAD/CAM技术结合实现曲面精确加工的方法，以克服加工时难以用常规方式对工件进行准确定位的问题。

该方法具体包括以下步骤：

a、在工件的实际粗加工面上布设多个参考点，然后使用激光跟踪仪测量出每个参考点的三维坐标，并将测量数据输入计算机，再在计算机上建立这些参考点的三维数字模型；

b、在计算机上将这些参考点的三维数字模型与工件的理论模型进行拟合，从而确定这些参考点的三维数字模型与工件的理论模型之间的相对位置关系；

c、在上述这些参考点的三维数字模型中选取部分参考点作为基准点，并分别计算出这些基准点的三维数字模型与切削装置理论模型的坐标原点之间的理论距离；

d、通过激光跟踪仪对切削装置与工件进行定位，使各个选取出的基准点与切削装置的坐标原点之间实际距离分别符合上述的理论距离；

e、启动切削装置，使其按设定的路径对实际粗加工面进行精加工。

本发明通过将激光跟踪技术与CAD/CAM技术相结合，能够使待加工的工件与切削装置之间进行准确的定位，从而保证加工精度。该方法尤其适用于对一些特殊工件进行加工时难以用常规方式对该工件进行准确定位的场合，比如背景技术中所说的球瓣的内外球面的加工。

附图说明

图1为背景技术中所说的球瓣的主视图。

图2为该球瓣左侧端面的正投影图。

图3为工件与切削装置的位置关系图。

图4为在工件的实际粗加工面上布设多个参考点的示意图。

图5为将建立的各参考点的三维数字模型与工件的理论模型进行拟合时的示意图。

图6为拟合后各参考点的余量分布图。

图7为本发明的场地布置图。

图8为本发明的流程图。

图中标记为：工件1、支架2、切削装置3、理论精加工面4、实际粗加工面5、理论粗加工面6、激光跟踪仪7、计算机8、切削装置的坐标原点PTO、参考点(PTA1…PTE2…)、参考点的三维数字模型(PTA1’…PTE2’…)、工件的理论模型1’、精加工面的理论模型4’、粗加工面的理论模型6’、切削装置的理论模型3’、切削装置理论模型的坐标原点PTO’、理论距离L’、实际距离L。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

在下面的具体实施方式中，工件1是加工1图1～2所示球瓣的坯料。正如背景技术中所述，该坯料是由板材模锻后形成。该工件1上每一个面都是不规则的空间曲面，其中包括工件1的内外球面以及四个端面。由于本具体实施方式仅以内球面的精加工为例，因此以下所说的实际粗加工面5均指工件1的内球面。

如图3所示，加工前应先将工件1安装在一支架2上。在图3中，工件1的实际粗加工面5与理论粗加工面6(即理论上工件经过粗加工后所形成的曲面)之间并不完全重合，这反映出粗加工时存在误差。该误差不可能完全消除。从图3中还可以看到，由于实际粗加工面5与理论粗加工面6之间存在误差，因此实际粗加工面5上各点到理论精加工面4(即工件经过精加工后所形成的曲面，也是通过本发明的方法最后加工出的曲面)的距离也不完全相同，这说明实际粗加工面5上各点的加工余量不同。