CN107138762A - 一种大型球壳体开多孔加工方法及*** - Google Patents

一种大型球壳体开多孔加工方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于壳体加工技术领域，公开了一种大型球壳体开多孔加工方法，包括：建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标；移动所述加工***，基于所述加工坐标在所述大型球壳体上开孔；重复上述步骤，加工下一孔。本发明提供了一种针对大直径规格，且精度要求高的球壳体开孔加工方法。

Description

一种大型球壳体开多孔加工方法及***
技术领域
本发明涉及壳体加工技术领域，特别涉及一种大型球壳体开多孔加工方法及***。
背景技术
受加工应力及去除材料后自重变化的影响，球壳体开多孔加工会导致球壳体变形较大、球心基准偏移，加工困难。
现有技术中，球壳体开多孔加工一般采用现有的大范围五轴加工中心来实现，这种方法的局限性太强，只能加工机床范围内直径大小的球壳体，对于超出现有机床加工范围的高精度开多孔球壳体加工缺少有效的加工方法。
发明内容
本发明提供一种大型球壳体开多孔加工方法及***，解决现有技术中针对大规格球壳体缺少高精度加工方法的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种大型球壳体开多孔加工方法，包括：
建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；
确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；
将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标；
移动所述加工***，基于所述加工坐标在所述大型球壳体上开孔；
重复上述步骤，加工下一孔。
进一步地，所述建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据包括：
通过两台对称设置在所述大型球壳体两侧的激光跟踪仪以及四个靶球，全覆盖所述大型球壳体并建立三维空间坐标系，获取其第一组三维数据信息；
通过关节测量臂测量所述大型球壳体的第二组三维数据信息；
将所述第二组三维数据信息基于所述三维空间坐标系与所述第一组三维数据信息拟合。
进一步地，所述关节测量臂在执行测量前，将所述靶球固定在所述关节测量臂上，建立所述关节测量臂到所述三维空间坐标系的坐标转换关系。
进一步地，所述加工***在所述大型球壳体上开孔操作依次包括：粗加工、半精加工以及精加工。
进一步地，完成所述粗加工，在进行半精加工之前，基于所述三维空间坐标系，二次测量所述大型球壳体，获取二次大型球壳体三维数据信息并与所述大型球壳体的加工理论模型进行二次比对，获得半精加工的加工坐标。
进一步地，完成所述半精加工，在进行精加工之前，基于所述三维空间坐标系，三次测量所述大型球壳体，获取三次大型球壳体三维数据信息并与所述大型球壳体的加工理论模型进行三次比对，获得精加工的加工坐标。
进一步地，所述加工***包括：六轴工业机器人以及组合式移动支架。
一种大型球壳体开多孔加工***，包括：
三维数据测量***，建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；
加工***，执行大型球壳体开孔加工操作；
加工控制***，确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标。
进一步地，所述三维数据测量***包括：第一激光跟踪仪、第二激光跟踪仪、关节测量臂以及四个靶球；
所述第一激光跟踪仪及所述第二激光跟踪仪对称设置在待加工球壳体两侧；
所述四个靶球设置在所述待加工球壳体周围；
所述第一激光跟踪仪、所述第二激光跟踪仪、所述关节测量臂与所述加工控制***相连。
进一步地，所述加工***包括：六轴工业机器人以及组合式移动支架；
所述六轴工业机器人与所述加工控制***相连。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的大型球壳体开多孔加工方法，通过测量大型球壳体，建立基于三维空间坐标系的大型球壳体三维数据信息；同时，获取加工***在所述三维空间坐标系中的位置。通过比对记载加工产品目标参数的理论模型与测得的大型球壳体三维数据信息，确定加工坐标；并由所述由加工***具体执行开孔操作；即，所有的测量操作都是基于三维空间坐标系实现数据表达，能够实现高精度的壳体定位，使得加工精度大幅提升；同时，通过与记载产品目标加工参数的理论模型比对，获得最佳的加工坐标和加工余量，进一步提升了加工精度和可靠性。针对每一个孔都重新进行三维数据的测量，能够充分克服球壳体开孔释放应力，去除材料后自重变化，球壳体开多孔加工导致的球壳体变形、球心基准偏移的影响，充分保证加工精度。
进一步地，通过激光跟踪仪以及关节测量臂的组合使用，并将两者的测量数据拟合到基于同一三维空间坐标系，实现了三维数据的高精度获取，进一步提升了加工的精度。
进一步地，将开孔加工分为粗加工、半精加工和精加工三个步骤，分布释放加工造成的壳体结构性变化，并在完成上一加工步骤后，重新测量大型球壳体的三维数据，充分保证每次加工的精度，进而提升总体的加工精度和可靠性。
进一步地，通过六轴工业机器人和组合式移动支架，配合使用实现加工操作具备良好的空间适应能力，适应大规格球壳体的加工需要。
附图说明
图1为本发明提供的大型球壳体开多孔加工方法的测量布局示意图；
图2为本发明提供的大型球壳体开多孔加工方法的加工布局示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种大型球壳体开多孔加工方法及***，解决现有技术中针对大规格球壳体缺少高精度加工方法的技术问题；达到了提升可将加工规格的适应范围以及加工精度的技术效果。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供技术方案的总体思路如下：
通过基于三维空间坐标系的测量，将大型球壳体三维数据化；并将加工***在所述三维空间坐标系中定位；大幅提升了加工精度；同时，通过将目标加工的理论模型与大型球壳体的三维数据信息比对，筛选出基于三维空间坐标系表达的加工坐标，执行加工操作，大幅提升了加工精度和可靠性，同时也扩大了可加工的规格范围。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
参见图1和图2，一种大型球壳体开多孔加工方法，包括：
建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；即，将大型球壳体在三维空间坐标系内进行三维数据化，通常是以所述大型球壳体的球心为空间坐标原点展开。
确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；即，将加工***在所述三维空间坐标系内定位，建立基于统一坐标系的相对位置关系。
将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标；即，将大型球壳体的目标产品形态，也就是开完孔后的形态的理论数据模型与测得的大型球壳体的三维数据信息进行比对筛选从而获得开孔的具体坐标信息，指导后续加工操作，实现高精度的开孔指导。
移动所述加工***，基于所述加工坐标在所述大型球壳体上开孔；具体执行开孔。
重复上述步骤，加工下一孔；也就是说，在开多个孔的整体任务中，每开一个孔，都重复测量大型球壳体的三维数据信息，以克服在卡孔操作过程中，由于开孔应力，去料后壳体自重变化，球壳体开多孔加工导致的球壳体变形、球心基准偏移的影响；保证加工精度。
具体来说，所述建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据包括：
通过两台对称设置在所述大型球壳体两侧的激光跟踪仪(2、3)以及四个靶球(5、6、7、8)，全覆盖所述大型球壳体1并建立三维空间坐标系，获取其第一组三维数据信息；即基于激光跟踪仪的大型球壳体的三维数据化。
通过关节测量臂4测量所述大型球壳体1的第二组三维数据信息；即基于关节测量臂的三维数据化，能够针对具体的特征。
将所述第二组三维数据信息基于所述三维空间坐标系与所述第一组三维数据信息拟合。将两个不同数据坐标系下的数据进行拟合，使之成为一个坐标系下的数据信息；同时实现相互验证和修正，提升数据精度。
进一步地，所述关节测量臂4在执行测量前，将所述靶球固定在所述关节测量臂4上，建立所述关节测量臂4到所述三维空间坐标系的坐标转换关系。也就是说，两个坐标系的拟合关系，遵循一个既定的转换关系；即，通过激光跟踪仪追踪靶球，获得关节测量臂上坐标到在先建立的基于激光跟踪仪的三维空间坐标系的转换关系，实现两者的拟合。
进一步地，所述加工***在所述大型球壳体上开孔操作依次包括：粗加工、半精加工以及精加工。
具体来说，完成所述粗加工，在进行半精加工之前，基于所述三维空间坐标系，二次测量所述大型球壳体，获取二次大型球壳体三维数据信息并与所述大型球壳体的加工理论模型进行二次比对，获得半精加工的加工坐标。
进一步地，完成所述半精加工，在进行精加工之前，基于所述三维空间坐标系，三次测量所述大型球壳体，获取三次大型球壳体三维数据信息并与所述大型球壳体的加工理论模型进行三次比对，获得精加工的加工坐标。
即，开孔加工过程中，每进行一个加工步骤前都测一测大型球壳体的三维数据信息，充分保证每次加工的精度。
进一步地，所述加工***包括：六轴工业机器人以及组合式移动支架。从而使各种规格球壳体的加工需求。
本发明还基于上述方法提供一种加工***。
一种大型球壳体开多孔加工***，包括：
三维数据测量***，建立所述大型球壳体1的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；
加工***，执行大型球壳体开孔加工操作；
加工控制***，确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标。
进一步地，所述三维数据测量***包括：第一激光跟踪仪2、第二激光跟踪仪3、关节测量臂4以及四个靶球(5、6、7、8)；
所述第一激光跟踪仪2及所述第二激光跟踪仪3对称设置在待加工球壳体1两侧；
所述四个靶球(5、6、7、8)设置在所述待加工球壳体1周围；
所述第一激光跟踪仪2、所述第二激光跟踪仪3、所述关节测量臂4与所述加工控制***相连。
加工控制***，可以选用基于工业控制计算机或者数控***等的现场控制平台。
进一步地，所述加工***包括：六轴工业机器人9以及组合式移动支架10；所述六轴工业机器人9与所述加工控制***相连。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例中提供的大型球壳体开多孔加工方法，通过测量大型球壳体，建立基于三维空间坐标系的大型球壳体三维数据信息；同时，获取加工***在所述三维空间坐标系中的位置。通过比对记载加工产品目标参数的理论模型与测得的大型球壳体三维数据信息，确定加工坐标；并由所述由加工***具体执行开孔操作；即，所有的测量操作都是基于三维空间坐标系实现数据表达，能够实现高精度的壳体定位，使得加工精度大幅提升；同时，通过与记载产品目标加工参数的理论模型比对，获得最佳的加工坐标和加工余量，进一步提升了加工精度和可靠性。针对每一个孔都重新进行三维数据的测量，能够充分克服球壳体开孔释放应力，去除材料后自重变化，球壳体开多孔加工导致的球壳体变形、球心基准偏移的影响，充分保证加工精度。
进一步地，通过激光跟踪仪以及关节测量臂的组合使用，并将两者的测量数据拟合到基于同一三维空间坐标系，实现了三维数据的高精度获取，进一步提升了加工的精度。
进一步地，将开孔加工分为粗加工、半精加工和精加工三个步骤，分布释放加工造成的壳体结构性变化，并在完成上一加工步骤后，重新测量大型球壳体的三维数据，充分保证每次加工的精度，进而提升总体的加工精度和可靠性。
进一步地，通过六轴工业机器人和组合式移动支架，配合使用实现加工操作具备良好的空间适应能力，适应大规格球壳体的加工需要。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于，包括：
建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；
确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；
将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标；
移动所述加工***，基于所述加工坐标在所述大型球壳体上开孔；
重复上述步骤，加工下一孔。
2.如权利要求1所述的大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于，所述建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据包括：
通过两台对称设置在所述大型球壳体两侧的激光跟踪仪以及四个靶球，全覆盖所述大型球壳体并建立三维空间坐标系，获取其第一组三维数据信息；
通过关节测量臂测量所述大型球壳体的第二组三维数据信息；
将所述第二组三维数据信息基于所述三维空间坐标系与所述第一组三维数据信息拟合。
3.如权利要求2所述的大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于：所述关节测量臂在执行测量前，将所述靶球固定在所述关节测量臂上，建立所述关节测量臂到所述三维空间坐标系的坐标转换关系。
4.如权利要求1～3任一项所述的大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于，所述加工***在所述大型球壳体上开孔操作依次包括：粗加工、半精加工以及精加工。
5.如权利要求4所述的大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于：完成所述粗加工，在进行半精加工之前，基于所述三维空间坐标系，二次测量所述大型球壳体，获取二次大型球壳体三维数据信息并与所述大型球壳体的加工理论模型进行二次比对，获得半精加工的加工坐标。
6.如权利要求5所述的大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于：完成所述半精加工，在进行精加工之前，基于所述三维空间坐标系，三次测量所述大型球壳体，获取三次大型球壳体三维数据信息并与所述大型球壳体的加工理论模型进行三次比对，获得精加工的加工坐标。
7.如权利要求6所述的大型球壳体开多孔加工方法，其特征在于，所述加工***包括：六轴工业机器人以及组合式移动支架。
8.一种大型球壳体开多孔加工***，其特征在于，包括：
三维数据测量***，建立所述大型球壳体的三维空间坐标系，测量所述大型球壳体三维数据；
加工***，执行大型球壳体开孔加工操作；
加工控制***，确定加工***在所述三维空间坐标***中的位置坐标；将所述大型球壳体的加工理论模型与所述大型球壳体三维数据比对，获取基于所述三维空间坐标系的加工坐标。
9.如权利要求8所述的大型球壳体开多孔加工***，其特征在于，所述三维数据测量***包括：第一激光跟踪仪、第二激光跟踪仪、关节测量臂以及四个靶球；
所述第一激光跟踪仪及所述第二激光跟踪仪对称设置在待加工球壳体两侧；
所述四个靶球设置在所述待加工球壳体周围；
所述第一激光跟踪仪、所述第二激光跟踪仪、所述关节测量臂与所述加工控制***相连。
10.如权利要求9所述的大型球壳体开多孔加工***，其特征在于，所述加工***包括：六轴工业机器人以及组合式移动支架；
所述六轴工业机器人与所述加工控制***相连。
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