[发明专利]一种面向多品种大型薄壁件的新型寻位加工系统及方法

说明书

本发明涉及一种面向多品种大型薄壁件的新型寻位加工系统，尤其涉及一种采用机外预调工作站、零点定位工装及五轴数控机床实现多品种大型薄壁件机外加工位姿快速测量、找正及寻位加工的方法，属于大型薄壁件自适应加工技术领域。其特征在于：包括服务器、悬臂式坐标测量机、关节臂扫描仪、零点定位工装、AGV移动平台及五轴机床；可实现多品种大型薄壁件机外加工位姿快速找正及寻位加工。与现有的大型薄壁件加工方法相比，本发明涉及的方法能够大幅提高找正定位效率及大型薄壁件的生产效率。

技术领域

本发明涉及一种面向多品种大型薄壁件的新型寻位加工系统，尤其涉及一种采用机外预调工作站、零点快换工装及五轴数控机床实现多品种大型薄壁件机外加工位姿快速测量、找正及寻位加工的方法，属于大型薄壁件自适应加工技术领域。

背景技术

为满足气动外形精度要求，航空航天飞行器外壳体大多由曲面形状的大型薄壁件组合而成，例如圆柱、圆锥及异形曲面。进而为在保证结构强度的同时，尽量实现轻量化设计，大型薄壁件多具有“外壁曲面光顺-内壁筋格横纵分布”的特征。具有此类特征的大型薄壁件一般采用“毛坯铸/锻造成型-精密数控加工”的制造路线，由于毛坯锻/铸造过程变形及形状精确调控难度较大，成形的毛坯往往具有原有基准发生偏移，余量分布不均匀等问题，给大型薄壁件外壁曲面及内壁筋格加工过程带来了极大的难题。为保证大型薄壁件数控加工质量，一般采用“测量-调姿-加工”的技术路线，其中，位姿测量与调整是较为核心的工艺步骤，其结果直接决定后续大型薄壁件内外壁特征的加工精度。然而，传统的测量调姿过程存在以下两个难点：①大型薄壁件尺寸、重量较大导致其定位找正过程费时费力；②需设计大型薄壁件专用调姿工装，此类工装柔性较低，且往往成本较高；为解决上述难点，自寻位加工技术得到了应用。自寻位加工技术一般是指通过机床内部的测量设备获取工件实际位姿，并通过调整刀具位姿来实现“寻找工件”的效果，从而保证刀具与工件之间正确的相对位置关系。对于大型薄壁件来说，自寻位加工技术实施过程相比于传统的测量-调姿过程显然更为方便。

常用的找正测量设备主要包括数字百分表、坐标测量机及激光扫描仪。其中，基于数字百分表的测量找正手段主要适用于平直类或具有圆柱/圆锥等回转类特征的大型薄壁件，对于无明显平直或回转特征的大型异形薄壁件来说，此类方法的将大大受限。基于坐标测量机式的定位找正方法主要用于获得工件特征的空间点坐标，适用于通过少量测点即可确定其加工位姿的工况。而对于大型异形薄壁件来说，往往需要大量测点才能反求其实际位姿，对于该工况，基于坐标测量机式的定位找正方法往往效率较低。基于激光扫描的定位找正方法适用于没有明显可测特征的大型薄壁件，该方法通过扫描点云数据拟合实际位姿，其位姿计算精度较高，尤其适用于复杂的大型薄壁件加工过程。

以上三种位姿测量方法分别适用于不同种类的大型薄异形壁件，其中，基于激光扫描的测量方法不仅具有更高的位姿计算精度，而且适用于多品种的大型薄壁件。因此，将激光扫描测量方法与自寻位加工方法相结合是实现多品种大型薄壁件高精高效加工的一种有效解决手段。但将该方法应用于大型异形薄壁件时，仍存在以下问题需要解决。①位姿测量过程往往在机床内部进行，该过程会占用大量机床使用时间，降低机床的利用率。②对于大型薄壁件，往往需要多次转站测量，该过程费事费力，严重制约找正效率。现有专利《面向飞机大型蒙皮曲面的自动化测量装置及其测量方法》(专利号：CN2021113756977) 公布了一种基于激光扫描和视觉传感器的蒙皮曲面三维测量数据自动化采集系统。《一种四轴叶片激光测量平台的点激光测量装置和方法》(专利号：CN2020114934731)公布了一种基于四轴测量设备和点激光设备的叶片测量系统。上述系统将激光测量应用到了异形薄壁件位姿及质量检测中，但并未论述其在加工中的应用。专利《一种用于高精度抛光机床的工件自寻位装置及加工方法》(专利号：CN2015106615061)公布了一种基于高精度测头的工件寻位加工系统，该方法实现了测量数据与加工程序的转换，被加工工件只需在机床上夹紧而不必打表定位，极大地提高了加工效率。然而该方法适用于小型工件加工中，而对于大型薄壁件来说，不仅位姿测量效率较低，而且会降低机床的利用率。

发明内容