[发明专利]一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法，属于测量‑加工一体化技术领域。该方法是在具有开放式的数控平台上，利用超声测厚装置测得的构件壁厚数据，重新建立剩余壁厚关联的加工目标曲面，完成包容性分析，进行坐标原点平移量解算，通过加工代码原点修正完成加工补偿。本发明克服了现有剩余壁厚补偿方法的不足，满足复杂构件剩余壁厚、轮廓度同时约束的加工要求，提高了加工精度，减小劳动强度，实现复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿。

技术领域

本发明属于测量-加工一体化技术领域，具体涉及一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法。

背景技术

复杂构件是航空航天等领域重大装备上的典型件，如舱段构件等，其加工后的零件剩余壁厚须满足等壁厚或按一定规律变壁厚的加工要求，且剩余壁厚往往是此类构件加工的核心要求。然而在实际机械加工过程中，某些复杂构件受结构等因素影响，半精加工后只能对外表面进行机械加工，其外表面是逼近设计模型的理想形面；而工件的内表面是铸造形面，未经过机械加工，实际的内轮廓与理想形面偏差较大。若按照工件设计模型的坐标原点进行加工，工件剩余壁厚无法满足精度要求。为此，复杂构件加工剩余壁厚补偿方法已成为制约复杂构件加工并亟待突破的关键问题之一。

天津航天长征火箭制造有限公司在发明专利“一种大型薄壁蒙皮自适应等壁厚铣削系统及其加工方法”，CN104289748A中公开一种大型薄壁蒙皮自适应等壁厚铣削系统及其加工方法；大连理工大学在发明专利“一种大型薄壁筒件数字化减薄加工方法”，CN111195830A中公开一种大型薄壁筒件数字化减薄加工方法。然而，上述这两种方法均无法满足零件轮廓和剩余壁厚同时保证的双重约束加工要求。

上述研究均未提及一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法。

发明内容

本发明主要解决的技术难题是克服现有剩余壁厚补偿方法的不足，面向复杂构件剩余壁厚、轮廓度同时约束的加工要求，提供了一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法。该方法是在具有开放式的数控平台上，利用超声测厚装置测得的构件壁厚数据，重新建立剩余壁厚关联的加工目标曲面，完成包容性分析，进行坐标原点平移量解算，通过加工代码原点修正完成加工补偿。本发明可提高加工精度，减小劳动强度，实现复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿。

本发明所采用技术方案为：

一种基于坐标原点平移的复杂构件加工剩余壁厚自适应补偿方法，该方法首先将超声测厚装置固定在机床主轴上，获取构件外廓测点坐标和对应点壁厚数据；其次，生成工件壁厚模型，根据要求的壁厚计算实际目标曲面，将实际目标曲面与待加工目标曲面进行点云匹配，建立剩余壁厚关联的加工目标曲面；再次，通过计算待加工目标曲面中心与原始坐标中心的位置平移量完成修调量解算；最后，根据平移量进行加工代码补偿修正。具体步骤如下：

第一步，构件毛坯壁厚在机获取

超声测厚装置1由刀柄2进行夹持；刀柄2装于机床主轴3上；所述超声测厚装置1通过超声线缆4与计算机5进行连接，沿轨迹a扫描测量；计算机5实时完成对超声测厚装置1所得信号的处理，获取刀柄2所在机床坐标系测点坐标数据P＝{P_j(x_j,y_j,z_j)，j∈[1,n]}及测点处毛坯壁厚数据H＝{h_j,j∈[1,n]}。其中，P_j表示第j个测点坐标；h_j表示P_j对应点处毛坯壁厚，n为刀柄2所在机床坐标系所有测点个数。

第二步，加工余量包容性分析