零件平面自调整加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体地，涉及一种经加工变形后的零件平面相对于基准的自调整加工方法。

背景技术

航空发动机上很多零件某些尺寸需进行精密加工，如说明书附图1～3所示的火焰筒上的焊接机匣，其端面(即本文所述的平面)上整圈均布有多处孔，每处孔需要加工如图2中D处标注的沉台。在零件的加工过程中，存在如下情况：加工部位为D区，基准为B面，但支靠工艺基准为C面，以D处沉台的深度尺寸为0.5(+0.08,0)为例，实际加工中，该尺寸无法保证，原因为：该零件为如图3所示的两个子零件经电子束焊焊接组合而成，焊后B面及C面均已存在不同程度变形，且变形无规律。

传统操作中，在加工D面前，使C面经过基准修复，修复基准为C面本身，而B面为非加工面，焊后平面度较差，该面整圈各处高低不平，具体变形后的状态示意图如图4所示。实际加工后，D面处的0.5(+0.08,0)尺寸局部加工不起来，局部无余量加工，而其他区域局部深度可能达1mm以上，因此从这种传统操作无法满足零件设计尺寸要求，影响后续组件装配加工。

在针对问题进行改善时，得出了一种方案，具体为：单独找正每个孔，并在零件底部垫厚度不一的垫片以调平B面，但该操作费时费力，最终找平效果仍不理想。

公告号为CN114415591B的专利公开一种多曲率蒙皮表面加工的刀路优化方法及系统，用于解决现有技术中对多曲率蒙皮表面的加工存在加工效率和加工质量低，容易造成多曲率蒙皮报废的问题，该发明包括以下步骤：判断优先加工面；提取边界轮廓，生成初始刀路；基于蒙皮加工要求优化刀路；基于奇异区域的刀具路径优化刀路。该发明中通过基于减薄区域以及切边区域的轮廓提取，并且以轮廓边界为基础等距偏置，构建初始刀路，所提出的优化方案可大大提高编程人员的工作效率，减少加工中出现的零件报废等问题。

上述专利针对零件表面加工质量和效率进行加工改进，但其并非针对已变形表面进行加工，其是从加工伊始对表面进行精细刀路布局。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服传统操作中对经加工变形后的零件平面加工时无有效调整手段的问题，提供一种该平面加工时的相对于基准的自调整加工方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种零件平面自调整加工方法，所述平面为经加工变形后的平面，平面自调整加工在机床上进行，所述零件具有加工基准面，所述平面和加工基准面平行，对所述平面的需加工部位采点进行平面拟合，得到刀轴矢量，将所述刀轴矢量转换为机床的工作台角度和主轴旋转角度两个参数后，将参数存储在机床程序中以备加工调用。

进一步地，所述采点操作为：零件以加工基准面支靠装夹，找正零件的中心基准，压紧加工基准面，找正角向位置，确定加工的角向原点，所述角向原点作为刀轴的角度换算起点。

进一步地，所述平面拟合过程为：设定所采的点为P

刀轴矢量通过如下公式求得：

更进一步地，设定主轴旋转角度为A，工作台角度为B，

更进一步地，零件以加工基准面支靠装夹需保证：加工基准面上至少有三处局部位置与装夹所用夹具的支靠面贴合。

再进一步地，压紧加工基准面为：压紧加工基准面上和夹具支靠面贴合的部位。

进一步地，所述采点的数量为20～40个。

进一步地，机床在平面上采点的参数包括：采点时轨迹的中心、采点范围半径、采点初始位置和所采点位的均布数。

进一步地，不考虑需加工部位中心因平面变形导致的微小变化时，以零件设计基准或工艺基准作为加工程序编程原点，通过变量调用主轴旋转角度进行加工。

进一步地，考虑需加工部位中心因平面变形导致的微小变化会因零件装配有所恢复时，通过写入粗定位的加工部位的中心进行加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的加工方法可以在无法控制零件变形的现状下，通过自适应的方式，跟随零件变形状态，调整加工，达到尺寸控制满足后续装配加工的目的，并可在装配的约束状态下，最大限度地接近设计状态，避免传统加工中需采用百分表找正或者支靠面带来的误差。

附图说明

图1为实施例1中所述的某焊接机匣加工平面的示意图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图2中C部分的放大图；

图4为实施例1中所述的某焊接机匣加工部位变形后的状态示意。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本技术方案进行详细阐述。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

另外，在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

本实施例针对因零件变形，导致平面加工后相对基准高度不一、厚度不均的问题，提供一种零件平面自调整加工方法，该方法能够实现自动化操作，将人工操作环节转化为机床自动操作，且操作过程简单，加工结果精度高，加工效率高，加工后零件相关尺寸等可满足设计使用需求。

以图1～图3所示的某焊接机匣上进行平面加工为例，图1中平面上整圈均布有12处孔，每处孔需要加工如图2中D处标注的沉台。该零件因进行了如图2所示的电子束焊接，因此图1中该平面为变形的平面。

本加工方法中平面的自调整加工在机床上进行，图3中C面为加工基准面，加工流程为：使机床自动测量平面上的加工部位，即图1中12处孔加工的周边位置，具体为对这12个需加工部位采点，并记录在机床的程序变量中，之后对所采的点进行平面拟合，得到12个刀轴矢量，将这12个刀轴矢量进行分解转换，进而得到每个孔加工时的工作台角度及主轴旋转角度两个参数，将参数通过全局变量保存在机床程序中以备后续调用进行调整加工。

以下对加工过程进一步详细阐述：

1)零件装夹：按工艺要求对零件进行装夹，以图3所示的工艺基准C面支靠，至少保证C面有三处局部位置与装夹所用夹具的支靠面相贴合，此后无需另外找正平面基准，平面基准由后续方案自动控制。进一步找正零件中心基准(C面处外圆)，压紧C面处表面，压紧处应是C面处三处局部位置与夹具支靠面相贴合的位置，以防止压紧变形。之后找正好角向位置，确定零件加工的角向原点，作为后续12处刀轴的角度换算起点。

2)定位：测量前，将需要加工测量的部位中心旋转定位至机床主轴侧+X位置，并使用机床自动测量中的四点找正功能，粗定位加工部位的中心。

3)点位获取：机床通过程序采点(此处程序为本领域技术人员按常规编制的采点程序，属于现有技术)，机床在平面上采点的参数主要包括：采点时轨迹的中心、采点范围半径、采点初始位置和所采点位的均布数等。程序可采用参数化编程方式，编制为通用测量程序，可适用于不同大小、位置的平面采点。

采点后这些点位数据保存在设定的变量中，采点数量一般根据平面大小、轨迹半径确定，本实例所采点数为20个。

4)平面拟合及刀轴矢量：设定所采的点的数据为P

刀轴矢量采用最小二乘拟合得到：

以上，将各项公式编入前述采点程序中，得到的结果存放在机床变量中，用于后续的机床旋转变换。

5)等效机床工作台及主轴的旋转角度：得到上述刀轴矢量后，将其转化为机床各轴的旋转角度，以卧式五轴加工中心为例，需转化为机床工作台角度(设定为B)及主轴的旋转角度(设定为A)两个参数，并保存在机床变量中。旋转后，刀轴矢量方向在机床工作台平面的投影应与+Z方向一致。刀轴矢量和旋转角度的转化公式如下：

其中，X、Y、Z的计算如前所示。

6)零件加工：不考虑加工部位孔中心因平面变形导致的微小变化时，编制平面的加工程序可以零件设计基准或工艺基准作为编程原点，通过变量调用旋转角度进行加工。

实施例2

本实施例提供一种零件平面自调整加工方法，以图1～图3所示的某焊接机匣上进行平面加工为例，图1中平面上整圈均布有12处孔，每处孔需要加工如图2中D处标注的沉台。该零件因进行了如图2所示的电子束焊接，因此图1中该平面为变形的平面。

本加工方法中平面的自调整加工在机床上进行，图3中C面为加工基准面，加工过程如下：

1)零件装夹：按工艺要求对零件进行装夹，以图3所示的工艺基准C面支靠，至少保证C面有三处局部位置与装夹所用夹具的支靠面相贴合，此后无需另外找正平面基准，平面基准由后续方案自动控制。进一步找正零件中心基准(C面处外圆)，压紧C面处表面，压紧处应是C面处三处局部位置与夹具支靠面相贴合的位置，以防止压紧变形。之后找正好角向位置，确定零件加工的角向原点，作为后续12处刀轴的角度换算起点。

2)定位：测量前，将需要加工测量的部位中心旋转定位至机床主轴侧+X位置，并使用机床自动测量中的四点找正功能，粗定位加工部位的中心。

3)点位获取：机床通过程序采点(此处程序为本领域技术人员按常规编制的采点程序，属于现有技术)，机床在平面上采点的参数主要包括：采点时轨迹的中心、采点范围半径、采点初始位置和所采点位的均布数等。程序可采用参数化编程方式，编制为通用测量程序，可适用于不同大小、位置的平面采点。

采点后这些点位数据保存在设定的变量中，采点数量一般根据平面大小、轨迹半径确定，本实例所采点数为20个。

4)平面拟合及刀轴矢量：设定所采的点的数据为P

刀轴矢量采用最小二乘拟合得到：

以上，将各项公式编入前述采点程序中，得到的结果存放在机床变量中，用于后续的机床旋转变换。

5)等效机床工作台及主轴的旋转角度：得到上述刀轴矢量后，将其转化为机床各轴的旋转角度，以卧式五轴加工中心为例，需转化为机床工作台角度(设定为B)及主轴的旋转角度(设定为A)两个参数，并保存在机床变量中。旋转后，刀轴矢量方向在机床工作台平面的投影应与+Z方向一致。刀轴矢量和旋转角度的转化公式如下：

其中，X、Y、Z的计算如前所示。

6)零件加工：本实施例与实施例2的不同之处在于：考虑需加工部位中心因平面变形导致的微小变化会因零件装配有所恢复，因此需用到第2)步定位所获得的中心，通过写入粗定位的中心的方式或程序调用变量和建立局部坐标的方式进行加工。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：采点数量为40个，即第4)步的平面拟合及刀轴矢量中N＝40。

本发明可在无法控制工件变形的状况下，通过自适应的方式，跟随零件变形状态，调整加工，以达到尺寸控制满足后续装配加工的目的，并可在装配的约束状态下，最大的接近设计状态，该方法也可推广至零件平面基准的加工中，避免传统加工中百分表找正或者支靠面带来的误差。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。