[发明专利]基于接触式测量的增减材复合加工坐标协同方法

说明书

本发明公开了一种基于接触式测量的增减材复合加工坐标协同方法，通过接触式测量获取增材制造成型件的轮廓位置，修正增材制造工件坐标系，以使增材工艺坐标与切削减材工艺坐标协同。该方法操作方便、自动化程度高，符合机械制造工业智能化的发展趋势。

技术领域

本发明涉及属于增减材复合加工机床领域中，匹配增材工艺坐标系与减材坐标系的一种方法，通过接触式测量的方法协同增减材坐标。

背景技术

航空航天、轨道交通、汽车船舶、核物理技术的发展和增材制造技术的应用，对零件的轻量化、复杂程度、加工精度提出了更高的要求。增减材复合加工技术是通过将增材制造模块和切削加工模块集中在一个设备上，实现工件的原位增材制造和切削加工工序，充分发挥增材制造技术的复杂零件制造的可行性和切削加工的高精度优势。由于设备上的增材模块和切削加工模块分别属于两个部分，在对同一零件进行加工时容易造成减材切削加工坐标与增材制造坐标不匹配的的问题，导致切削加工的中的加工余量不均匀，既增大了刀具的磨损，更使得目标零件的尺寸精度不达标。

在增材制造的过程中，一方面，因增材模块中与机床主轴连接接口的设计制造与装配偏差，熔覆头激光束轴线和主轴轴线不重合(图1)；另一方面，打印头喷嘴本身的制造与装配偏差，使得喷嘴下的粉束汇聚点与激光束轴线发生偏移，导致材料熔融沉积点的位置中心与激光束轴线有偏差，并且这一偏差会随着送粉量、载气流量、粉末种类及粉末状态等因素的变化而变化，从而带来增材制造成形点的位置坐标变化，而在针对某一具体零件的正常加工状态下，粉末熔融沉积点相对与主轴中心的位置是相对稳定的。增材制造工艺与减材加工工艺的坐标不协同会产生如图2所示的加工偏差。因此，发明一种解决增减材复合加工中增材工艺和减材工艺坐标不匹配问题的方法是非常有必要的。

增-减材工艺的坐标系协同性是增减材复合制造过程的关键问题之一，是实现增减材复合高精度制造的重要环节，提高增减材工艺的坐标协同精度能够更好地提高增减材复合制造的尺寸精度和加工表面质量。

发明内容

本发明旨在提供一种基于接触式测量的增减材复合加工坐标协同方法，通过接触式测量获取增材制造成型件的轮廓位置，修正增材制造工件坐标系，以使增材工艺坐标与切削减材工艺坐标协同。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于接触式测量的增减材复合加工坐标协同方法，包括以下步骤：

1)建立增材制造工艺工件坐标系与切削减材工艺工件坐标系；

2)使用机床测头采用“十字对点法”采集圆环轮廓上四点坐标，计算中心点O_s(n-1)(X_s(n-1),Y_s(n-1)，Z_s(n-1))、O_sn(X_sn,Y_sn,Z_sn)坐标，比较两次坐标计算值的差值，若绝对值小于设定值，即则整个测量过程结束，进入步骤3)进行坐标变换；否则，重复步骤2)进行下次迭代测量；

3)记修正后的新的增材制造工艺工件坐标系为G'₅₆(X'_a,Y_a'，Z'_a)，由得：修正后的增材制造工艺工件坐标系G'₅₆(X'_a,Y_a'，Z'_a)与切削减材工艺工件坐标系协同。