CN112621283A - 一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置 - Google Patents

一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于大型零件机械加工技术领域，公开了一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置，在位采集待加工薄壁件外表面轮廓数据，并通过优化处理方法自动表征所述薄壁件外表面轮廓的特征及所述薄壁件外表面轮廓的几何中心，并依据所述几何中心确定薄壁件在数控机床上的切削加工中心。薄壁件的径厚比超过850，薄壁件的内外表面轮廓与带孔底盘平面呈锐角，半精加工和精加工前，所述带孔底盘底部的基准孔保留加工余量用于压板夹紧。本发明避免了极大径厚比大型薄壁件定的位误差，避免了在薄壁件弱刚性部位上的夹紧变形，减少了薄壁件在其较大悬臂处刚度极差等所等造成的加工误差。

Description

一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置
技术领域
本发明属于大型零件机械加工技术领域，尤其涉及一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置。
背景技术
目前，在大型零件机械加工中，需要对径厚比超过850的超大不规则锥体薄壁件进行加工。现有加工过程中，采用了传统的符合基准重合原则的定位方法，即以该薄壁件内侧底平面及其与底平面垂直的短圆柱孔为定位基准，这种定位方式难以控制其在薄壁件安装及其加工过程中产生的变形。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)薄壁件内外轮廓表面的实际加工余量、加工变形的差异，难以确定薄壁件的几何中心，难以保证圆锥薄壁件的精确定位，难以保证薄壁件内外轮廓表面的壁厚、轮廓度和位置度精度。
(2)采用手工方式依次拧紧压板螺栓的夹紧方式,导致夹紧力分布不均、夹紧力大小不一致等人工操作所引发的在薄壁件夹紧过程中夹紧变形，进而影响加工精度。
解决以上问题及缺陷的难度为：
(1)安装定位难度，由于薄壁件缺少自身几何中心定位孔、定位基准面等特征，难以使用传统方法找到薄壁件几何中心。
(2)由于薄壁件弱刚性的特点，采用传统安装夹紧方法往往会导致安装夹紧过程中薄壁件变形，影响后续加工精度。
解决以上问题及缺陷的意义为：
(1)实现薄壁件的自动化寻找几何中心，减小毛坯件的切削余量进而节省成本，降低操作难度。
(2)通过夹紧力的同步、均匀、密集施加，减小夹紧过程中薄壁件的预变形，提升加工精度。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置。
本发明是这样实现的，一种超大径厚比薄壁件的主动寻位方法尤其适应于控制轴向截面为倾斜“L”型且径厚比大于850的薄壁零件加工变形和精度。
以超大径厚比薄壁件待加工表面轮廓为依据，确定薄壁件定位基准的主动寻位，具体包括：在位采集待加工外表面轮廓数据，并通过优化处理算法自动表征该薄壁件外轮廓特征及其几何中心，并据此确定薄壁件在数控机床上的切削加工中心。
进一步，所述薄壁件径厚比指的是薄壁件回转半径与其壁厚之比超过850，内表面轮廓与带孔底盘平面呈锐角关系，在底部的设计基准孔处设计有用于压板夹紧的加工余量。
进一步，所述在位采集待加工外表面轮廓数据包括：通过安装在机床主轴上的接触式测量头自动在位测量薄壁件待加工外轮廓在圆周及不同高度方向的各个位置数据，获得薄壁件待加工外表面轮廓在圆周及高度方向上的表面坐标数据。
进一步，所述优化处理方法包括：基于所采集的薄壁件外轮廓数据，分别拟合薄壁件在不同轴向高度方向上外轮廓的若干几何中心，并以加工余量均匀分布为优化目标确定薄壁件的加工中心。
本发明的另一目的在于提供一种实施所述超大径厚比薄壁件的主动寻位方法获取的超大径厚比薄壁件。
本发明的另一目的在于提供一种加工所述超大径厚比薄壁件中的夹紧方法，所述夹紧方法包括：
首先在薄壁件底平面内侧施加密集均布的内侧压板，夹紧薄壁件后进行内外轮廓面加工，然后在靠近薄壁件内侧底平面上施加密集均布的外侧压板，夹紧薄壁件后进行设计基准孔加工，以去除设计基准孔余量，最终完成薄壁件内孔加工。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述夹紧方法的夹紧装置，所述夹紧装置包括：内侧胎型气囊、外侧胎型气囊、内侧压板、外侧压板；内侧胎型气囊和外侧胎型气囊分别与内侧压板和外侧压板接触，通过分别对内侧胎型气囊或外侧胎型气囊充气，分别推动内侧压板或外侧压板，以施加均匀、密布且同步的夹紧力。
本发明的另一目的在于提供一种实施超大径厚比薄壁件的主动寻位方法的信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
在位采集待加工薄壁件外表面轮廓数据，并通过优化处理方法自动表征所述薄壁件外表面轮廓的特征及所述薄壁件外表面轮廓的几何中心，并依据所述几何中心确定薄壁件在数控机床上的切削加工中心。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行超大径厚比薄壁件的主动寻位方法。
本发明的另一目的在于提供一种超大径厚比薄壁件的主动寻位方法在控制轴向截面为倾斜L型且径厚比大于850的薄壁零件加工变形和精度中的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：
(1)本发明提供的以超大径厚比薄壁件待加工轮廓表面为工件安装基准的主动寻位方法，可减小和避免传统安装方法所导致的定位误差、粗加工后的内外轮廓误差及其偏心误差，以及它们对加工余量和切削变形的影响。
(2)本发明提供的一种在垂直薄壁件薄弱方位面上施加具有完整接触面的、胎型气囊给予的均匀微小力的夹紧方法，可避免传统在薄壁件薄弱方位上施加有限个集中夹紧力方式所造成不可控的变形，包括薄壁件因施加较大的集中夹紧力及其夹紧力的不均匀性所导致的薄壁件夹紧变形，以及薄壁件因夹紧变形所导致的加工误差。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的主动寻位方法示意图。
图2是本发明实施例提供的内外轮廓表面径厚比大于850的薄壁件结构图。
图3是本发明实施例提供的内外轮廓表面径厚比大于850的薄壁件剖面图。
图4是本发明实施例提供的薄壁件外表面轮廓在圆周及高度方向上数据图。
图5是本发明实施例提供的薄壁件剖面图。
图6是本发明实施例提供的薄壁件夹紧方法流程图。
图中1、圆锥薄壁件；101、外轮廓面；102、底平面；103、内轮廓面；104、设计基准孔；2、支撑压板；3、内侧压板；4、螺栓；5、外侧压板；6、夹紧装置上板；7、夹紧装置底板；8、外侧胎型气囊；9、内侧胎型气囊；10、机床主轴；11、接触式测量头；12、夹紧装置总成；13、机床平台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置，下面结合附图对本发明技术方案作详细的描述。
本发明涉及的相关定义有：
“径厚比”指薄壁件内外轮廓表面半径均值与壁厚的比值。
“超大径厚比”指径厚比等于大于850。
“主动寻位”指通过测量待加工外轮廓表面确定薄壁件在数控机床上的几何中心。
本发明实施例提供的超大径厚比薄壁件的主动寻位、夹紧方法及其装置具体涉及一种控制超大径厚比圆锥薄壁零件的定位夹紧方法、夹具结构及其加工工艺，尤其适应于轴向截面为倾斜“L”型且径厚比大于850的薄壁零件的加工。
如图1-图5，本发明提供的夹紧装置包括：
圆锥薄壁件1、支撑压板2、内侧压板3、螺栓4、外侧压板5、夹紧装置上板6、夹紧装置底板7、外侧胎型气囊8、内侧胎型气囊9、机床主轴10、接触式测量头11、夹紧装置总成12、机床平台13。
如图1所示，本发明实施例提供的主动寻位方法包括：在位采集待加工外表面轮廓数据，并通过优化处理方法自动表征该薄壁件外轮廓特征及其几何中心，并据此确定薄壁件在数控机床上的切削加工中心。
如图2所示，本发明实施例提供的薄壁件径厚比指的是薄壁件回转半径与其壁厚之比超过850，内表面轮廓与带孔底盘平面呈锐角关系，在底部的设计基准孔处设计有用于压板夹紧的加工余量。
如图3所示，本发明实施例提供的薄壁件的剖面图，包括：外轮廓面101、底平面102、内轮廓面103、设计基准孔104。
如图4-图5所示，本发明实施例提供的在位采集待加工外表面轮廓数据包括：通过安装在机床主轴上的接触式测量头自动在位测量薄壁件待加工外轮廓在圆周及不同高度方向的各个位置数据，获得薄壁件待加工外表面轮廓在圆周及高度方向上的表面坐标数据。
本发明实施例提供的优化处理方法包括：基于所采集的薄壁件外轮廓数据，分别拟合薄壁件在不同轴向高度方向上外轮廓的若干几何中心，并以加工余量均匀分布为优化目标确定薄壁件的加工中心，即数控机床的工作中心。
如图6所示，本发明实施例提供的超大径厚比薄壁件的夹紧方法包括：先在薄壁件底平面内侧施加密集均布的内侧压板，夹紧薄壁件后进行内外轮廓面加工，然后在靠近薄壁件外侧底平面上施加密集均布的外侧压板，夹紧薄壁件后进行设计基准孔加工，以去除设计基准孔余量，最终撤除所有压板，完成薄壁件加工。
本发明实施例提供的实现薄壁件夹紧方法的夹紧装置包括：内侧胎型气囊、外侧胎型气囊、内侧压板、外侧压板等，内侧胎型气囊和外侧胎型气囊分别与内侧压板和外侧压板接触，通过分别对内侧胎型气囊与外侧胎型气囊充气，可分别推动内侧压板和外侧压板，以施加均匀、密布且同步的夹紧力。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超大径厚比薄壁件的主动寻位方法，其特征在于，所述超大径厚比薄壁件的主动寻位方法包括：
在位采集待加工薄壁件外表面轮廓数据，并通过优化处理方法自动表征所述薄壁件外表面轮廓的特征及所述薄壁件外表面轮廓的几何中心，并依据所述几何中心确定薄壁件在数控机床上的切削加工中心。
2.如权利要求1所述的超大径厚比薄壁件的主动寻位方法，其特征在于，所述薄壁件的径厚比超过850，所述薄壁件的内外表面轮廓与带孔底盘平面呈锐角，半精加工和精加工前，所述带孔底盘底部的基准孔保留加工余量用于压板夹紧。
3.如权利要求1所述的超大径厚比薄壁件的主动寻位方法，其特征在于，所述在位采集待加工外表面轮廓数据包括：
通过安装在机床主轴上的接触式测量头自动在位测量薄壁件待加工外轮廓在圆周及不同高度方向的各个位置数据、薄壁件待加工外表面轮廓在圆周及高度方向上的表面坐标数据。
4.如权利要求1所述的超大径厚比薄壁件的主动寻位方法，其特征在于，所述优化处理方法包括：
基于所采集的薄壁件外轮廓数据，分别拟合薄壁件在不同轴向高度方向上外轮廓的若干几何中心，并以所述带孔底盘底部的基准孔保留加工余量均匀分布为优化目标确定薄壁件的加工中心，即数控机床的工作中心。
5.一种实施权利要求1～4所述超大径厚比薄壁件的主动寻位方法获取的超大径厚比薄壁件。
6.一种加工权利要求5所述超大径厚比薄壁件中的夹紧方法，其特征在于，所述夹紧方法包括：
首先在薄壁件底平面内侧施加密集均布的内侧压板，夹紧薄壁件后进行内外轮廓面加工，然后在靠近薄壁件内侧底平面上施加密集均布的外侧压板，夹紧薄壁件后进行设计基准孔加工，以去除设计基准孔余量，最终完成薄壁件内孔加工。
7.一种实现权利要求6所述夹紧方法的夹紧装置，其特征在于，所述夹紧装置包括：内侧胎型气囊、外侧胎型气囊、内侧压板、外侧压板；内侧胎型气囊和外侧胎型气囊分别与内侧压板和外侧压板接触，通过分别对内侧胎型气囊或外侧胎型气囊充气，分别推动内侧压板或外侧压板，以施加均匀、密布且同步的夹紧力。
8.一种实施权利要求1-4任意一项超大径厚比薄壁件的主动寻位方法的信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
在位采集待加工薄壁件外表面轮廓数据，并通过优化处理方法自动表征所述薄壁件外表面轮廓的特征及所述薄壁件外表面轮廓的几何中心，并依据所述几何中心确定薄壁件在数控机床上的切削加工中心。
9.一种计算机可读存储介质，存储专用计算机程序，所述专用计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求1-4任意一项超大径厚比薄壁件的主动寻位方法。
10.一种如权利要求1-4任意一项超大径厚比薄壁件的主动寻位方法在控制轴向截面为倾斜L型且径厚比大于850的薄壁零件加工变形和精度中的应用。
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