[发明专利]飞机结构件数控加工中间状态在线检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种飞机结构件的数控加工方法，尤其是一种中间加工状态的检测方法，具体地说主要是针对飞机结构件数控加工精加工之前的中间状态进行的在线检测，属于CAD（Computer Aided Design）/CAM（Computer Aided Manufacturing）/CAI(Computer Aided Inspection)技术领域。

背景技术

对于大型零件如飞机结构件，由于其结构复杂、尺寸大且属于薄壁零件，加工过程中极易变形，同时由于加工过程中出现的刀具磨损、加工系统颤振等原因会引起加工误差。加工过程中出现的变形或者加工误差会对后续加工工序或加工操作造成影响，情况严重的会导致工件报废，由于飞机结构件属于高价值和高加工附加值零件，成本很高，所以，为了保证加工质量，降低制造成本，对飞机结构件的中间加工状态进行检测非常重要。同时，由于装夹困难等原因，中间状态检测最好的办法是在线检测。但是目前的检测方法都是在零件加工至最终状态后才进行检测，这样就不能避免由于中间加工状态出现问题所带来的加工事故。

检索现有技术与文献发现，大连海事大学张常鑫2009年硕士学位论文“数控加工中心在线检测系统关键技术研究”研究了检测信息的提取方法并提出了CAD模型与检测物体模型相匹配的算法，以上方法都是针对的CAD最终模型；

南京航空航天大学丁永发2009年硕士学位论文“基于特征的飞机结构件在线检测数据自动生成与分析”提出了检测点的生成方法和检测路径规划方法；以上方法也都是针对CAD最终模型。

Fiona Zhao在国际学术期刊《Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》2008(24)，p200-216上发表的论文“STEP-NC enabled on-line inspection in support of closed-loop machining”给出了能够满足加工-检测一体化的数据模型创建方法，但是该论文并没有涉及到中间状态模型的构建方法。

综上所述，关于大型零件的数控加工在线检测方面，目前的技术还没有中间状态的检测方法，也没有中间状态检测模型的构建方法。同时以上检测方法只是单一的检测了检测点的坐标，没有将厚度的检测结合起来，不能为检测结果的评价提供充分的数据依据。

发明内容

本发明的目的是针对目前大型飞机结构件数控加工中间状态检测缺乏检测方法和中间状态模型构建方面的问题，发明一种飞机结构件数控加工中间状态在线检测方法。

本发明的技术方案是：

一种飞机结构件数控加工中间状态检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一，基于零件的CAD模型的最终状态选择所需进行中间加工状态检测的面；

步骤二，判断所选面是三轴加工面还是五轴加工面，若是三轴加工的面，沿该面的外法向方向将该面偏置一个加工余量的值形成中间加工状态的理论面；若是五轴加工的面，利用加工该面中间状态时刀具沿刀轨进给运动所形成的扫略面作为中间加工状态的理论面；

步骤三，根据检测要求，沿精加工刀轨离散出一系列点，把离散点向中间加工状态的理论面投影，形成中间状态检测点；

步骤四、根据中间加工状态的理论面，计算每个中间状态检测点所在位置的中间状态的理论厚度以及相邻两个侧铣面的中间状态的理论距离；

步骤五，基于中间状态检测点规划出检测路径并生成NC程序，传输至数控机床，以便进行在线检测；

步骤六，利用超声波测厚仪测量各检测点加工后的中间状态的实际厚度，利用接触式红外探头测量检测点加工后的实际坐标，根据检测坐标计算相邻两面中间状态的实际距离；

步骤七，依据检测点的理论位置、理论厚度和理论距离，对检测结果进行评价并形成检测报告，进而评估加工的中间加工状态是否满足要求以及调整策略。

所述五轴加工面中间状态的理论面的生成方法为：

步骤一、提取加工该面形成中间状态的加工操作；

步骤二、提取该加工操作的切削刀轨，并将切削刀轨沿五轴加工面内法向方向偏置一个刀具半径形成导引线；

步骤三、提取该段刀轨的刀轴方向，并计算五轴加工面沿刀轴方向的长度，以导引线一端的端点为端点，根据刀轴方向和五轴加工面沿刀轴方向的长度做一直线段，作为直母线；

步骤四、根据步骤二和步骤三形成的导引线和直母线，做直纹面，形成五轴加工面中间状态的理论面。