[发明专利]一种钎身喉部线激光扫描测量-铣削一体化加工方法

说明书

本发明属于高精度机械加工技术领域，提供了一种钎身喉部线激光扫描测量‑铣削一体化加工方法，该方法首先将零件卧式安装，采用线激光传感器扫描零件流道槽轮廓，获取零件实际几何廓形；对线激光点云数据进行精简，并对流道槽筋顶、槽底等边缘特征进行识别；对钎身喉部几何特征进行重构，计算铣削刀位，采用立铣刀对零件进行铣削加工。本发明实现了测量加工一体化，不需要多次装夹，在一次装夹下完成零件外轮廓测量与流道槽铣削，可以满足多种尺寸钎身喉部的加工需求，加工适应性强，实现钎身喉部高精度铣削加工。

技术领域

本发明属于高精度机械加工技术领域，特别涉及钎身喉部线激光扫描测量-铣削一体化加工方法。

背景技术

钎身喉部是液体火箭发动机的主要部件，其高质高效加工是保证火箭发动机性能的关键。钎身喉部由中段喷管和尾段喷管组成。中段喷管由喷管外壁和喷管内壁钎焊形成数百条流道槽；尾段喷管由喷管外壁和喷管内壁钎焊形成数百条流道槽；两侧流道槽对齐后将中段喷管和尾段喷管钎焊形成钎身喉部毛坯件；采用铣削工艺将封闭流道槽铣通，实现火箭液体燃料的流通。然而，喷管内外壁均为低刚度、复杂母线回转体，钎焊工艺后毛坯件壁厚分布不均匀，焊接过程导致误差较大；找正操作易导致连接处流道错位，影响燃料流动特性；加工过程中，毛坯件钎焊形成的应力释放，造成零件变形大，导致流道槽筋宽、槽深和剩余壁厚等尺寸保证难度大。目前，针对钎身喉部加工，国内大多按照原始设计尺寸进行常规普通铣削加工、人工反复修配的方式，尺寸精度以难保证。

测量加工一体化技术为实现钎身喉部的高质高效加工提供了有效手段。利用测量传感器对钎焊连接后的中段喷管和尾段喷管流道槽实际廓形进行扫描测量，对测量数据进行处理并生成加工轨迹，然后进行数字化加工。线激光传感器将一维激光线投射到物体表面，根据激光三角法得到激光线宽度和高度方向上的轮廓信息，具有数据量大、测量精度高等优点。然而，流道槽筋顶、槽底等边沿特征易导致线激光测量数据处理困难。另外，筋顶、槽底边沿处的加工毛刺，易导致测量数据出现噪点、尖峰等，影响加工质量。

2008年，CN200810229225.9中公开了一种液体火箭发动机喷管冷却通道加工方法，将火箭喷管立式安装，通过点激光传感器在机测量喷管外轮廓几何数据，根据采样数据集逐条重构喷管母线，压缩数据集后插值实际母线并计算铣削刀位，实现喷管数字化铣削加工，但是该发明中点激光传感器测量效率较低，且没有对边沿特征的数据处理能力。2017年，CN201711081397.1中公开了一种大型薄壁零件复杂曲面镜像加工方法，该发明利用线激光传感器在机测量薄壁零件轮廓，但是该薄壁零件表面光顺，没有流道槽筋顶、槽底等复杂边沿特征。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服上述方法的不足，针对钎身喉部加工过程易产生较大变形问题，发明了一种钎身喉部线激光扫描测量-铣削一体化加工方法。本发明提出的钎身喉部加工方法，可以实现在加工前对工件廓形进行扫描测量，为加工轨迹规划提供数据支持；对测量数据进行精简、去噪、边沿特征检测，获得流道槽筋顶、槽底等实际廓形；根据扫描测量结果对工件进行曲面重构，自动规划刀具轨迹进行数字化加工。

本发明的技术方案：

一种钎身喉部线激光扫描测量-铣削一体化加工方法，该方法首先将零件卧式安装，采用线激光传感器扫描零件流道槽轮廓，获取零件实际几何廓形；对线激光点云数据进行精简，并对流道槽筋顶、槽底等边缘特征进行识别；对钎身喉部几何特征进行重构，计算铣削刀位，采用立铣刀对零件进行铣削加工。钎身喉部线激光扫描测量-铣削一体化加工方法的具体步骤如下：

(1)零件卧式安装

首先将钎身喉部3安装到专用夹具2上。尾喷管底部d与定位盘c接触，旋转螺帽f使撑环e外撑，实现胀紧安装；专用夹具拉杆g通过三爪卡盘10加紧方式，连接到回转工作台11；专用夹具堵头b与顶针1连接，实现支撑；顶针1和回转工作台11通过底部螺纹连接与机床工作台面9固定；旋转摇杆a顶紧堵头b，完成钎身喉部3卧式安装。

(2)线激光扫描测量