[发明专利]一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法

说明书

本发明公开了一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法，包括：(1)建立薄壁零件的三维模型，获得数控代码；(2)在三维模型中提取测量的点位；(3)基于模型进行测量路径规划；(4)对工件毛坯进行粗加工和半精加工；(5)进行在机测量，获取所有规划的测量点位的坐标值；(6)将获得的测量点位的坐标值与薄壁零件三维模型上对应点进行对比，计算出实际加工工件的每个点位的坐标与三维模型上对应点的偏差；(7)根据加工偏差施以补偿系数优化加工轨迹据此进行精加工，得到最终的加工变形偏差及补偿值。本发明的方法经过半精加工与精加工设计，二者使用完全相同的加工参数，即只需用一组试验尽可能的实现同类材料及特征的薄壁零件最佳的精加工补偿效果。

技术领域

本发明涉及薄壁零件加工误差测量与补偿技术领域，具体涉及一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法。

技术背景

在航空航天领域，为了减轻零部件的重量，通常设计成薄壁结构，厚度在2mm以下，同时为提高比强度，一般选用性能优越的钛合金、航空铝合金等作为关键零件和结构件的材料，对零件最终的精度要求比较高，但这些材料在冷加工性能较差，刀具磨损严重，由于薄壁结构刚性较弱，对切削力、机床运动误差等十分敏感，特别是当机床工作一定年限后，机床、夹具、工件组成的系统存在的加工误差有所扩大，使得薄壁零件的变形更加严重，传统的加工手段无法满足薄壁件加工需求，因此抑制难加工薄壁件在切削过程中变形是航空航天制造领域热点问题。

实际铣削难加工薄壁零件时，为了尽可能减少工件的变形，通常从工艺的角度出发，选择较慢的铣削速度，减小切削力，避免接近工件的共振频率区域，同时为了增强加工过程中零件的刚性，采用分层环绕铣削，不同的区域采用不同的刀具以及切削速度。这些措施在一定程度上能够减小薄壁件加工的变形，但是降低了零件加工的效率，同时需要进行大量的试验和分析总结，才能摸索出比较合适的工艺参数，实际加工过程中多次工艺参数的调整也为工人的操作带来诸多不便。

随着测量和加工新技术的发展与应用，在抑制薄壁件变形的方法上有一些新方法，申请号为201210376274.1的中国专利申请文件中公开了一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，利用机床接触式测头实现原位测量，将实际加工偏差测量出来，利用完全镜像的原理修改数控代码。此方法主要针对常规厚度的曲面零件原位补偿加工，对于厚度2mm以下的薄壁平面零件，这种测量后的补偿加工效果不明显，而且完全镜像补偿的加工方法对于薄壁零件来说可能带来更大的变形。申请号为201210364066.X的中国专利申请中公开了一种薄壁叶片精密铣削加工变形补偿方法，其基于三坐标测量的点位数据，经过多次迭代思想，解决叶片类零件精密加工的难题，但是该方法利用三坐标的离线检测手段，需要进行二次装夹，造成加工过程中断，加工坐标系丢失，同时多次迭代的方法是一个反复的过程，降低了加工的效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法，其通过获取加工过程中零件的测点坐标，利用数字化建模、数控加工、离线检测路径规划、点云拟合、加工代码再生等过程，进行精确的预测性补偿加工，达到难加工薄壁零在机测量、变形补偿等目的，克服了目前难加工薄壁平面零件加工过程中绝对尺寸偏差不可测的难题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案具体为：

一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)建立薄壁零件的三维模型，并分别规划工件粗加工、半精加工以及精加工的加工工艺参数，进行加工仿真，然后将刀轨信息后置处理成数控系统和机床能够识别的数控代码；

在三维建模软件中设计平面薄壁件的模型，并在数控加工模块中进行操作，分别规划工件粗加工、半精加工、精加工的加工工艺参数，其中粗加工去除工件的大部分余量，半精加工与精加工的工艺参数设计的完全相同。在软件环境下进行加工仿真，在完全没有碰撞和干涉的情况下，将刀轨信息后置处理成适合数控系统和机床能够识别的数控代码。