[发明专利]基于在机测量的铸造机匣毛坯加工余量优化方法

说明书

本发明公开了一种基于在机测量的铸造机匣毛坯加工余量优化方法，包括工件的初步装夹、特征配准的自由度选择、特征的在机测量、特征位置误差矩阵计算、余量分配结果校验和刀路补偿。本发明的有益效果：本发明针对铸造机匣外表面的管接头和凸台等特征在铣削加工时易出现余量不均匀的现象提出了一种利用在机测量数据进行特征位置配准的余量优化方法。该方法可以最大程度的发挥五轴数控机床的自动化功能，减少工件装夹过程中人工介入和干预的频率，在保证铸造机匣毛坯加工余量均匀化的前提下，也提高了机匣整体的加工效率。

技术领域

本发明涉及属于数控铣削加工中的铸造机匣毛坯余量均匀化处理技术领域，具体涉及一种基于在机测量的铸造机匣毛坯加工余量优化方法。

背景技术

近年来，随着航空领域制造技术的发展，航空发动机的性能及设计结构在不断的改进和提高，新一代高性能发动机大量采用了复杂整体薄壁结构的零件，显著提高了发动机的推重比。目前我国的航发动机的机匣类零件多数为精铸毛坯，其加工特性是空间内特征要素复杂，精度要求较高。因此，这也导致机匣零件的制造成形难度越来越大，其中对于铸造机匣而言，由于其铸造过程中的热变形等原因导致的铸造误差往往超过1mm，这使得在后续对其表面的凸台、管接头等特征进行铣削加工时，往往会存在加工余量分配不均匀等问题，目前主要采用人工划线找正的方式进行特征的位置找正和余量优化，铸造机匣表面结构如图1所示。

铸造机匣的毛坯为整体精铸成型，铸造精度难以控制，毛坯状态不一致，部分毛坯表面的管接头、凸台等特征的位置度与理论位置有较大偏差，进而采用传统点位铣削加工会导致管接口壁厚偏薄，严重情况会存在孔壁穿透，传统加工中，常采用的方法为人工调整加工偏差，该方法人工干预度大，不仅没有将机床自动化功能充分发挥出来，同时影响了零件加工效率和设备利用率，甚至可能因过度人为参与而发生低层次质量问题。

由于铸造工艺本身的误差，导致机匣外表面上的特征的铸造误差往往超过1mm，目前主要通过现场操作人员采用打表和划线的方式进行特征位置找正和加工余量分配，这使得在对其表面的凸台、管接头等特征进行铣削加工时，会存在以下问题：

1.划线找正精度低，加工余量分配不均匀，且划线找正对操作人员的技能水平要求高；

2.加工坐标系的变换以及程序的检查需要工艺人员进行确认，确认过程耗时长、效率低；

3.工件的找正及加工过程中，人为干预因素多，加工风险大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于在机测量的铸造机匣毛坯加工余量优化方法，针对上述铸造机匣管接头、凸台等特征铣削加工中的余量分配不均匀等问题，利用特征的在机测量结果进行位置最佳拟合计算和加工余量分配，然后将计算得到的位置刚体变换作用到加工刀路上，使得零件毛坯的余量更加均匀化。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于在机测量的铸造机匣毛坯加工余量优化方法，包括：

步骤1：将工件安装到机床工作台上，根据机匣的基准特征设定加工坐标系；

步骤2：通过绕固定轴的旋转和在垂直于该固定轴平面内的平移进行位置和姿态调整，其中的固定轴则是加工特征的回转轴，将绕固定轴的旋转和在垂直于该固定轴平面内的平移定义为两个自由轴状态；

步骤3：针对这类回转体结构特征的位置找正及余量均匀化，在特征的四周布置测量点可以充分有效的反应特征的形位偏差；

步骤4：以测量点到理论模型的距离误差最小作为优化目标函数，在满足余量均匀分布的条件下，实现测量数据点与几何模型的精确配准；

步骤5：对步骤3中的测量路径进行矩阵逆变换A^-1，然后重新测量，得到新的测量结果，比较实际测量点与理论模型之间的偏差，若不满足要求则重复上述步骤，迭代测量；