一种复杂面形球体多工序加工用装置及其重复定位方法制造方法及图纸

一种复杂面形球体多工序加工用装置及其重复定位方法，涉及一种复杂面形球体加工装置及检测方法。采用自带编程并具备刀尖跟随功能的五轴联动机床，采用C

A device for multi process processing of complex spherical surface and its repeated positioning method

【技术实现步骤摘要】
一种复杂面形球体多工序加工用装置及其重复定位方法


[0001]本专利技术涉及一种复杂面形球体加工装置及检测方法，尤其是一种复杂面形球体多工序加工用装置及其重复定位方法，属于球形复杂曲面的精密加工


技术介绍

[0002]精密与超精密加工技术被广泛应用于航空航天、电子通讯及生物医学领域。随着各领域的需求逐步提升，被加工零件面形精度以及粗糙度的需求逐步增长，同时所需要的面形也逐渐趋于复杂。
[0003]当加工简单的平面、球面、自由曲面以及具有微结构的表面时，通常不需要对工件进行多次夹持，往往只需要单工序便可以完成全部的加工工艺。然而，单一工序并不能满足一些领域的需求，如流体力学、核物理等。因此，需要采用多工序加工的方法，对被加工工件的夹持部分去除，从而形成完整的面形。在多工序装夹中，被加工工件的位置及位姿均发生了变化，这就需要对装夹后的工件进行重复定位，然而，如何保证多工序加工的重复定位精度是目前亟需克服的难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复杂面形球体多工序加工用装置及其重复定位方法，它可以实现复杂面形球体多工序加工中的高精度重复定位，从而有效解决重复定位精度难以保证的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取下述技术方案：
[0006]一种复杂面形球体多工序加工用装置，采用自带编程并具备刀尖跟随功能的五轴联动机床，所述五轴联动机床采用C
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Y
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Z
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X
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B布局，包括X轴模组、Y 轴模组和Z轴模组三个直线轴以及B轴模组和C轴模组两个回转轴，其中所述 X轴模组和所述Z轴模组垂直排布安装在机床的底座上表面，所述Y轴模组竖向排布与Z轴模组滑动连接，三个直线轴能够在三维坐标系内调节铣刀与工件之间的相对位置，所述B轴模组与X轴模组滑动连接并能够围绕Y轴方向旋转， B轴模组边缘安装所述铣刀和所述光学检测装置，所述C轴模组与Y轴模组滑动连接并能够围绕Z轴方向旋转，C轴模组安装专用夹具对所述工件进行装夹固定，两个回转轴能够调节铣刀与工件之间的相对角度。
[0007]一种复杂面形球体多工序加工用装置的重复定位方法，包括以下步骤：
[0008]步骤一、根据需求对复杂面形球体的特征参数进行设定；
[0009]步骤二、通过特征参数设计复杂球体曲面并生成对应的数控代码；
[0010]步骤三、对复杂球体曲面进行首次加工，首次加工的球面需要超过半球体；
[0011]步骤四、在首次加工的基础上进行标定区域加工，标定区域内包含沿周向均匀排布的特征点，特征点为弧底凹坑和边缘圆倒角，标定区域位置与首次加工位置不冲突，并需要为二次加工留有加工余量；
[0012]步骤五、标定区域加工完成后，将工件拆下后使用专用夹具进行反向掉头安装并
对工件进行调心，之后切除多余毛坯部分；
[0013]步骤六、利用软件设计在位检测的扫描轨迹，之后利用光学检测装置对标定区域进行扫描；
[0014]步骤七、对扫描轨迹及数据采集结果进行合成，生成标定区域在工件坐标系中的实际面形；
[0015]步骤八、设定分离条件及次数并利用多次最小二乘法进行数据分离，分别得到球面点及特征点；
[0016]步骤九、将得到的球面点及特征点分别拟合球心，将球面点球心作为二次加工零点；
[0017]步骤十、将特征点球心利用最小二乘法拟合为一个平面并求解其法向量，该平面的法向量即为偏移向量；
[0018]步骤十一、根据平面的法向重新生成二次加工轨迹并进行加工。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：传统的多工序加工重复定位方法大多选用接触式测头采集特征点，然后检测出工件在工件坐标系中的位置及位姿，并不适用于具有复杂面形的球体，存在着一定的局限性，而本专利技术的装置及方法可以实现复杂球型曲面多工序加工中的高精度重复定位，有效地解决多工序加工中的接刀痕以及位姿偏差过大的问题，从而避免被加工件的用途受到影响。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的重复定位方法的流程图；
[0021]图2是本专利技术实施例中加工的类高尔夫球球面的面形设计图；
[0022]图3是本专利技术的复杂面形球体多工序加工用装置的轴测图；
[0023]图4是本专利技术实施例中类高尔夫球球面区域及重复定位特征区域的加工轨迹规划图；
[0024]图5是本专利技术实施例中标定区域扫描合成后的表面形貌图；
[0025]图6是本专利技术实施例中采用多次最小二乘法分离标定区域的流程图；
[0026]图7是本专利技术实施例中多次最小二乘法拟合重复定位位姿示意图；
[0027]图8是本专利技术实施例中位姿偏移前后工件坐标系转换示意图。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]参照图3所示，一种复杂面形球体多工序加工用装置，为自带编程并具备刀尖跟随功能的五轴联动机床，采用C
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Y
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B布局，包括X轴模组2、Y轴模组5和Z轴模组4三个直线轴以及B轴模组3和C轴模组6两个回转轴，其中X轴模组2和Z轴模组4垂直排布安装在底座1上表面，Y轴模组5竖向排布与Z轴模组4滑动连接，三个直线轴能够在三维坐标系内调节铣刀7与工件 9之间的相对位置，B轴模组3与X轴模组2滑动连接并能够围绕Y轴方向旋转，B轴
模组3边缘安装铣刀7和光学检测装置8，通过X轴模组2和B轴模组3组成机床的刀具分支，C轴模组6与Y轴模组5滑动连接并能够围绕Z轴方向旋转，C轴模组6安装专用夹具对工件9进行装夹固定，C轴模组6可以非匀速旋转，同时也可以作为高速回转主轴，通过Z轴模组4、Y轴模组5和 C轴模组6组成机床的工件分支，两个回转轴能够调节铣刀7与工件9之间的相对角度，利用该装置对复杂面形球体进行在位检测，复杂面形球体针对的是以球面为主体并在球面上附带凹槽、凹坑、凸起、花纹等特征的，需要多工序加工的面形，将所采集的数据进行处理，实现多工序加工的重复定位。
[0030]参照图1所示，一种复杂面形球体多工序加工用装置的重复定位方法，包括以下步骤：
[0031]步骤一、根据需求对复杂面形球体的特征参数进行设定；
[0032]步骤二、通过特征参数设计复杂球体曲面并生成对应的数控代码；
[0033]步骤三、对复杂球体曲面进行首次加工，由于需要对工件9进行重复装夹，首次加工的球面需要超过半球体；
[0034]步骤四、在首次加工的基础上进行标定区域加工，标定区域内包含沿周向均匀排布的特征点，特征点为弧底凹坑和边缘圆倒角，标定区域位置与首次加工位置不冲本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂面形球体多工序加工用装置，采用自带编程并具备刀尖跟随功能的五轴联动机床，其特征在于：所述装置还包括铣刀(7)和光学检测装置(8)，所述五轴联动机床采用C
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B布局，包括X轴模组(2)、Y轴模组(5)和Z轴模组(4)三个直线轴以及B轴模组(3)和C轴模组(6)两个回转轴，其中所述X轴模组(2)和所述Z轴模组(4)垂直排布安装在机床的底座(1)上表面，所述Y轴模组(5)竖向排布与Z轴模组(4)滑动连接，三个直线轴能够在三维坐标系内调节铣刀(7)与工件(9)之间的相对位置，所述B轴模组(3)与X轴模组(2)滑动连接并能够围绕Y轴方向旋转，B轴模组(3)边缘安装所述铣刀(7)和所述光学检测装置(8)，所述C轴模组(6)与Y轴模组(5)滑动连接并能够围绕Z轴方向旋转，C轴模组(6)安装专用夹具对所述工件(9)进行装夹固定，两个回转轴能够调节铣刀(7)与工件(9)之间的相对角度。2.根据权利要求1所述的一种复杂面形球体多工序加工用装置，其特征在于：所述光学检测装置(8)采用光谱共焦传感器。3.一种复杂面形球体多工序加工用装置的重复定位方法，其特征在于：根据权利要求1所述的复杂面形球体多工序加工用装置，其重复定位方法包括以下步骤：步骤一、根据需求对复杂面形球体的特征参数进行设定；步骤二、通过特征参数设计复杂球体曲面并生成对应的数控代码；步骤三、对复杂球体曲面进行首次加工，首次加工的球面需要超过半球体；步骤四、在首次加工的基础上进行标定区域加工，标定区域内包含沿周向均匀排布的特征点，特征点为弧底凹坑和边缘圆倒角，标定区域位置与首次加工位置不冲突，并需要为二次加工留有加工余量；步骤五、标定区域加工完成后，将工件(9)拆下后使用专用夹具进行反向掉头安装并对工件(9)进行调心，之后切除多余毛坯部分；步骤六、利用软件设计在位检测的扫描轨迹，之后利用光学检测装置(8)对标定区域进行扫描；步骤七、对扫描轨迹及数据采集结果进行合成，生成标定区域在工件坐标系中的实际面形；步骤八、设定分离条件及次数并利用多次最小二乘法进行数据分离，分别得到球面点及特征点；步骤九、将得到的球面点及特征点分别拟合球心，将球面点球心作为二次加工零点；步骤十、将特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵学森，邢天际，孙涛，张强，胡振江，宋禄启，赖训来，李国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：