[发明专利]薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法

说明书

本发明是薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，包括：(1)在三维设计软件中建立薄壁首饰的理论三维模型；(2)基于该模型所需加工部位确定测量点位；(3)基于该模型和测量点位进行测量路径规划和理论刀具路径规划；(4)采用机床测头在线测量，获取测量点的坐标值；(5)将机床测量点进行坐标变换即将五轴机床测量坐标变换为工件坐标；(6)将所得数据导入在线测量补偿加工软件，并拟合出测量获得的实际曲面；(7)根据实际曲面和理论刀具路径生成补偿加工程序并完成加工。本发明提高加工尺寸精度和稳定性，提升薄壁首饰加工产品的合格率，减少薄壁首饰切削去除量，降低贵金属损耗，降低生产成本。

技术领域

本发明涉及自由曲面加工误差测量与补偿技术领域，具体涉及一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法。

背景技术

在首饰加工领域，为了减少同体积贵金属材料的质量(克重)以节约成本，通常产品设计成薄壁结构，其厚度在0.2-0.3mm之间，同时为了保证首饰的美观性，其几何结构往往采用不规则的自由曲面，而由于毛坯电铸工艺的局限性，其几何尺寸大小往往与设计模型有所偏差，其厚度一般在0.35-0.45mm之间，但壁厚分布不均匀即有薄有厚。传统的加工方法是根据理论设计模型编制数控加工程序，并且按照一定的切削深度来进行加工，这样一方面会由于毛坯壁厚的不均匀而导致局部欠切或过切现象，甚至局部切漏的情况也时有发生；另外，这种切削方式毛坯材料去除量也大，从而会在一定程度上增加贵金属材料的损耗率，造成生产成本上升。为了解决上述问题，就要求切削时必须按照毛坯的实际几何形状进行去除材料加工，即沿实际毛坯表面轮廓进行逐层均匀去除加工。

另外，首饰产品为了追求美学和艺术性，其几何形状设计大多采用复杂的不规则曲面即自由曲面，很难采用一般的测量手段进行测量。如果采用五轴坐标测量机进行离线测量，存在二次装夹定位的问题，不仅存在累计误差，而且需要额外购置测量机，提高了设备成本。

发明内容

本发明的目的在于克服传统技术的不足，提出一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，其通过基于理论设计模型测量路径规划和刀具路径规划、测量程序生成、在线测量、测量点坐标变换处理、曲面拟合、补偿加工刀具路径生成、补偿加工程序生成等过程，进行精确的补偿加工，从而解决了薄壁首饰五轴在线测量及加工难题。

为实现上述目的，本发明的技术方案具体为：

一种薄壁首饰自由曲面的五轴机床在线测量与补偿加工方法，包括如下步骤：

步骤(1)在三维设计软件中建立薄壁首饰的理论三维模型；

步骤(2)将步骤(1)的三维模型导入在线测量补偿加工软件，在该模型所需加工部位确定测量点位，测量路径和理论刀具路径规划；点位要根据理论模型轮廓的曲率，特征的复杂程度来确定点位的个数和分布的疏密程度；

步骤(3)根据五轴机床的结构型式和测量功能要求，采用测头探针的型号，结合步骤(2)确定的测量点位和规划的测量路径生成测量程序，每一个测量点的探测运动路径方向与理论模型曲面在该点的法向重合；

步骤(4)将毛坯、测头安装到机床上并利用步骤(3)所得测量程序进行在线测量，机床将每个测量点的五个坐标值记录存储；

步骤(5)将步骤(4)所得的测量数据通过坐标变换，即将机床测量坐标变换为工件坐标；

步骤(6)将步骤(5)所得数据导入在线测量补偿加工软件中拟合出实际曲面，并根据该曲面和理论刀具路径生成补偿加工刀具路径，进而生成机床的补偿加工程序；

步骤(7)使用步骤(6)的加工程序完成加工。

所述机床测量点都是该点在机床测量坐标系下的实际坐标值，通过在线测量补偿加工软件的坐标变换模块将该坐标值自动转换到工件坐标系下的空间坐标值。