復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法，屬于機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】。所述復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法包括以下步驟：加工基準(zhǔn)特征、三維照相或掃描、三維對比、五軸數(shù)控編程、數(shù)控仿真和加工、在機(jī)檢測及零件加工。本發(fā)明一種復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法解決了采用傳統(tǒng)劃線方法協(xié)調(diào)不全面、效率低、協(xié)調(diào)次數(shù)多等問題，效率高。
【專利說明】復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法。【背景技術(shù)】
[0002]鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進(jìn)鑄型里，經(jīng)冷卻凝固、清理處理后得到有預(yù)定形狀、尺寸和性能的鑄件(零件或毛坯)的工藝過程。鑄造生產(chǎn)的毛坯成本低廉，在壁薄、內(nèi)腔復(fù)雜和用其他方法難以成型的零件時(shí)，如殼體、箱體類零件，更能顯示出它的經(jīng)濟(jì)性。鑄造出的產(chǎn)品，不經(jīng)機(jī)械加工直接使用的很少，尤其是裝配配合部位必須留有一定的加工余量進(jìn)行機(jī)械加工才能達(dá)到使用要求。
[0003]目前，現(xiàn)有的各類鑄件均采用劃線方式進(jìn)行余量和加工基準(zhǔn)的協(xié)調(diào)，對于簡單鑄件零件較易實(shí)施，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定且滿足工藝要求，協(xié)調(diào)效率高，成本低；對于復(fù)雜鑄件因尺寸多，鑄件成型難度大，鑄件質(zhì)量偏差大，采用劃線協(xié)調(diào)方式無法全面而準(zhǔn)確的協(xié)調(diào)，存在顧此失彼的現(xiàn)象,對鑄件的后續(xù)加工存在較大的隱患。
[0004]復(fù)雜鑄件鑄造工藝難度大，鑄造周期長，研制鑄造精度差，為滿足使用性能和生產(chǎn)進(jìn)度的要求，鑄件加工基準(zhǔn)的確定顯得尤為關(guān)鍵，決定著最終加工成品的尺寸精度，如果加工基準(zhǔn)選擇不當(dāng)，會造成加工后的產(chǎn)品超差，尺寸精度無法滿足設(shè)計(jì)要求，甚至報(bào)廢，浪費(fèi)了材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種解決了采用傳統(tǒng)劃線方法協(xié)調(diào)不全面、效率低、協(xié)調(diào)次數(shù)多等問題，效率高的復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法，用來加工鑄件坯料以制備零件；包括以下步驟:步驟1、加工基準(zhǔn)特征，得出所述鑄件坯料(I)的基準(zhǔn)平面；步驟2、三維照相或掃描所述鑄件坯料(I)的基準(zhǔn)平面，建立坐標(biāo)系；步驟3、三維比對，在三維應(yīng)用軟件中根據(jù)鑄件坯料(I)的基準(zhǔn)平面建立坐標(biāo)系，與零件三維模型進(jìn)行比對，確定對應(yīng)關(guān)系；步驟4、五軸數(shù)控編程，根據(jù)三維比對確定的坐標(biāo)系關(guān)系調(diào)整零件三維模型姿態(tài)，然后進(jìn)行數(shù)控編程；步驟5、數(shù)控仿真和加工，將所述鑄件坯料模型導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)進(jìn)行加工仿真，得到仿真數(shù)控程序；步驟6、在機(jī)檢測，將仿真數(shù)控程序傳輸?shù)綑C(jī)床，獲取在鑄件坯料上的點(diǎn)坐標(biāo)，將點(diǎn)坐標(biāo)與零件三維模型進(jìn)行比對，驗(yàn)證基準(zhǔn)準(zhǔn)確性步驟7、零件加工。
[0007]進(jìn)一步地，步驟I包括:步驟11、確定所述鑄件坯料的結(jié)構(gòu)特征；步驟12、在所述鑄件坯料上至少加工三個(gè)互相垂直的基準(zhǔn)平面。
[0008]進(jìn)一步地，步驟2包括:步驟21、采用三維照相或掃描方式獲得所述鑄件坯料的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟22、根據(jù)所述基準(zhǔn)特征建立坐標(biāo)系；步驟23、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成三角面片格式。
[0009]進(jìn)一步地，所述三維照相或掃描采用的三維照相設(shè)備或激光掃描設(shè)備；所述三維照相設(shè)備或激光掃描設(shè)備的照相或掃描和拼接精度在0.1mm以內(nèi)。
[0010]進(jìn)一步地，步驟3包括:步驟31、在三維應(yīng)用軟件中依據(jù)已加工的所述基準(zhǔn)平面為所述鑄件坯料掃描模型建立坐標(biāo)系；步驟32、任意建立所述零件三維模型的坐標(biāo)系；步驟33、以所述鑄件坯料非加工面為基準(zhǔn)，將所述鑄件坯料掃描模型和所述零件三維模型進(jìn)行比對，同時(shí)可采用旋轉(zhuǎn)或平移方式進(jìn)行微調(diào)零件三維模型，通過橫向和縱向或軸向和徑向截面分析余量分布情況；步驟34、最終確定所述零件三維模型和所述鑄件坯料掃描模型坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系。
[0011]進(jìn)一步地，步驟4包括:步驟41、輸入所述鑄件坯料掃描模型作為毛坯，再輸入所述零件三維模型作為零件；步驟42、根據(jù)三維比對確定的坐標(biāo)系關(guān)系調(diào)整所述零件三維模型姿態(tài)，然后按照加工特征選擇不同的策略進(jìn)行數(shù)控編程，所述鑄件坯料大面見光即可。
[0012]進(jìn)一步地，步驟5包括:步驟51、將所述鑄件坯料模型和數(shù)控程序?qū)霐?shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)；步驟52、數(shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)進(jìn)行加工仿真；步驟53、得到仿真刀具、工作和機(jī)床的運(yùn)動情況及仿真后數(shù)控程序，同時(shí)進(jìn)行干涉、碰撞、過切、欠切和超程檢查。
[0013]進(jìn)一步地，步驟6包括:步驟61、將仿真后數(shù)控程序傳輸至機(jī)床；步驟62、在機(jī)床上安裝檢測探頭，編制探頭檢測程序，獲取鑄件坯料上已加工面和非加工面上的點(diǎn)坐標(biāo)；步驟63、將點(diǎn)坐標(biāo)與零件三維模型進(jìn)行比對，分析誤差，驗(yàn)證基準(zhǔn)的正確性及修正基準(zhǔn)。
[0014]本發(fā)明提供的復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法根據(jù)鑄件坯料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定加工基準(zhǔn)特征，根據(jù)加工基準(zhǔn)特征通過三維照相或掃描得出坐標(biāo)系，根據(jù)坐標(biāo)系，進(jìn)行三維比對，確定零件三維模型與鑄件坯料的三維模型坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系，然后進(jìn)行五軸數(shù)控編程，將所述鑄件坯料模型和數(shù)控程序?qū)霐?shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)控仿真和加工，將仿真后數(shù)控程序傳輸至機(jī)床，進(jìn)行在機(jī)檢測，然后進(jìn)行零件加工，解決了采用傳統(tǒng)劃線方法協(xié)調(diào)不全面、效率低、協(xié)調(diào)次數(shù)多等問題，效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法的工藝流程圖；
[0016]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄件坯料基準(zhǔn)特征示意圖；
[0017]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄件坯料坐標(biāo)系設(shè)置示意圖；
[0018]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄件坯料掃描模型與理論模型徑向截面示意圖；
[0019]圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的鑄件坯料掃描模型與理論模型軸向截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法，用來加工鑄件坯料I以制備零件。復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法包括以下步驟:步驟1，加工基準(zhǔn)特征；步驟2、三維照相或掃描；步驟3、三維比對；步驟4、五軸數(shù)控編程；步驟5、數(shù)控仿真和加工；步驟6、在機(jī)檢測；步驟7、零件加工。
[0021]步驟I包括:步驟11、確定鑄件坯料I的結(jié)構(gòu)特征；步驟12、根據(jù)鑄件坯料I的結(jié)構(gòu)特征在鑄件坯料I上至少加工三個(gè)互相垂直的基準(zhǔn)平面或。
[0022]步驟2包括:步驟21、采用三維照相或掃描方式獲得鑄件坯料I的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟22、根據(jù)基準(zhǔn)特征建立坐標(biāo)系；步驟23、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成三角面片格式。步驟21采用三維照相設(shè)備或激光掃描設(shè)備。三維照相設(shè)備或激光掃描設(shè)備的照相或掃描和拼接精度在0.1mm以內(nèi)。
[0023]步驟3包括:步驟31、在三維應(yīng)用軟件中依據(jù)已加工的基準(zhǔn)平面為鑄件坯料I掃描模型建立坐標(biāo)系；步驟32、任意建立零件三維模型的坐標(biāo)系；步驟33、以鑄件坯料I非加工面為基準(zhǔn)，通過最佳擬合方式將鑄件坯料I掃描模型和零件三維模型進(jìn)行比對，同時(shí)可采用旋轉(zhuǎn)或平移方式進(jìn)行微調(diào)零件三維模型，通過橫向和縱向或軸向和徑向截面分析余量分布情況；步驟34、最終確定零件三維模型和鑄件坯料I掃描模型坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系。
[0024]步驟4包括:步驟41、輸入鑄件坯料掃描模型作為毛坯，再輸入零件三維模型作為零件；步驟42、根據(jù)三維比對確定的坐標(biāo)系關(guān)系調(diào)整零件三維模型姿態(tài)，然后按照加工特征選擇不同的策略進(jìn)行數(shù)控編程，即按照鉆銑排量、等高分層加工及等步距來選擇變步距行切、恒功率恒扭矩變速切削及殘留毛坯對鑄件坯料I加工，鑄件坯料I大面見光即可。
[0025]步驟5包括:步驟51、將鑄件坯料I模型和數(shù)控程序?qū)霐?shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)；步驟52、數(shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)進(jìn)行加工仿真；步驟53、得到仿真刀具、工作和機(jī)床的運(yùn)動情況及仿真后數(shù)控程序，同時(shí)進(jìn)行干涉、碰撞、過切、欠切和超程檢查。
[0026]步驟6包括:步驟61、將仿真后數(shù)控程序傳輸至機(jī)床；步驟62、在機(jī)床上安裝檢測探頭，編制探頭檢測程序，獲取鑄件坯料I上已加工面和非加工面上的點(diǎn)坐標(biāo)；步驟63、將點(diǎn)坐標(biāo)與零件三維模型進(jìn)行比對，分析誤差，驗(yàn)證基準(zhǔn)的正確性及修正基準(zhǔn)。
[0027]步驟7按照確定的基準(zhǔn)進(jìn)行加工，零件各方面綜合性能提高99%以上。
[0028]當(dāng)使用本發(fā)明復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法時(shí)。
[0029](I)加工基準(zhǔn)特征
[0030]如圖2-3所示，分析鑄件坯料I的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇鑄件坯料大端面和內(nèi)孔圓環(huán)面為基準(zhǔn)特征，并加工大端面和內(nèi)孔面見光(見光面大于或等于80%)，同時(shí)在大端面上加工Φ8Η7銷孔，用于確定坐標(biāo)系。
[0031](2)三維照像或掃描
[0032]采用三維照像或掃描設(shè)備對鑄件坯料I所有型面進(jìn)行拍照，去除多余的噪聲點(diǎn)，獲得鑄件坯料I的三維點(diǎn)云模型。根據(jù)第(I)步加工的基準(zhǔn)特征建立坐標(biāo)系，內(nèi)孔中心為坐標(biāo)原點(diǎn)0，大端面為Z軸零點(diǎn)，Y軸指向銷孔中心，通過后處理轉(zhuǎn)化為三角面片格式文件，其后綴為.Stl。
[0033](3)三維比對
[0034]在三維軟件中為零件三維模型建立坐標(biāo)系，坐標(biāo)系方向與鑄件坯料I模型一致(也可任意建立)，同時(shí)導(dǎo)入鑄件坯料I模型和零件模型，以鑄件坯料內(nèi)型非加工面為比對基準(zhǔn)，在鑄件坯料模型和零件模型內(nèi)型相應(yīng)位置選取特征點(diǎn)進(jìn)行粗對齊，再通過最佳擬合方式。輔助于6個(gè)方向平移和6個(gè)方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行微調(diào)，創(chuàng)建徑向截面如圖4所示，截面中以鑄件坯料I理論輪廓線為基準(zhǔn)，按照設(shè)計(jì)公差±0.5mm向內(nèi)外偏置輪廓線，分析鑄件坯料I實(shí)物內(nèi)外輪廓線是否包絡(luò)在偏置輪廓線內(nèi)，類似創(chuàng)建軸向截面如圖5示。分析截面中鑄件坯料I輪廓線與鑄件坯料I實(shí)際輪廓線的誤差不大于±0.5mm,從而確定鑄件坯料模型和零件模型之間的坐標(biāo)系關(guān)系 Trx0.523、Try-2.146、Trz_5.325、RoxO、Roy0.024、Roz0.162。
[0035](4)五軸數(shù)控編程
[0036]在三維CAM軟件中導(dǎo)入鑄件坯料I模型并固定，再導(dǎo)入零件模型，根據(jù)第(3)步確定的兩者坐標(biāo)系之間的關(guān)系進(jìn)行相應(yīng)位置移動，以鑄件坯料模型為毛坯進(jìn)行數(shù)控編程，采用平面銑、大曲面銑等方式以及走刀進(jìn)退刀策略編制數(shù)控程序。
[0037]( 5)數(shù)控加工仿真和加工
[0038]在數(shù)控加工仿真軟件中建立機(jī)床仿真模型，導(dǎo)入鑄件坯料I模型和數(shù)控程序，制定仿真坐標(biāo)系和刀具后進(jìn)行仿真切削。通過查看報(bào)警情況，可判別有無過切、欠切、碰撞和干涉等。若無任何報(bào)警現(xiàn)象，即可將數(shù)控程序傳輸至機(jī)床進(jìn)行加工。加工坐標(biāo)系的確定必須與鑄件坯料I模型坐標(biāo)系一致。
[0039](6)在機(jī)檢測
[0040]在三維工具軟件中以零件模型為依據(jù)，首先在零件模型內(nèi)外型面上創(chuàng)建系列結(jié)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)點(diǎn)數(shù)量和位置編制探頭檢測程序，傳輸至機(jī)床后運(yùn)行檢測程序，獲取鑄件坯料I上已加工面和非加工面上的點(diǎn)坐標(biāo)，將點(diǎn)坐標(biāo)與零件三維模型進(jìn)行比對，分析誤差與鑄件坯料I所留余量的一致性，驗(yàn)證基準(zhǔn)的正確性，若有偏差，可及時(shí)修正基準(zhǔn)。
[0041](7)零件加工
[0042]按照確定后的鑄件坯料I加工基準(zhǔn)進(jìn)行加工，完成零件的加工。
[0043]本發(fā)明提供的復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法根據(jù)鑄件坯料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定加工基準(zhǔn)特征，根據(jù)加工基準(zhǔn)特征通過三維照相或掃描得出坐標(biāo)系，根據(jù)坐標(biāo)系，進(jìn)行三維比對，確定零件三維模型與鑄件坯料的三維模型坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系，然后進(jìn)行五軸數(shù)控編程，將所述鑄件坯料模型和數(shù)控程序?qū)霐?shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)控仿真和加工，將仿真后數(shù)控程序傳輸至機(jī)床，進(jìn)行在機(jī)檢測，然后進(jìn)行零件加工，解決了采用傳統(tǒng)劃線方法協(xié)調(diào)不全面、效率低、協(xié)調(diào)次數(shù)多等問題，效率高。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜鑄件機(jī)加工藝基準(zhǔn)確定方法，用來加工鑄件坯料(I)以制備零件；其特征在于，包括以下步驟:步驟1、加工基準(zhǔn)特征，得出所述鑄件坯料(I)的基準(zhǔn)平面；步驟2、三維照相或掃描所述鑄件坯料(I)的基準(zhǔn)平面，建立坐標(biāo)系；步驟3、三維比對，在三維應(yīng)用軟件中根據(jù)鑄件坯料(I)的基準(zhǔn)平面建立坐標(biāo)系，與零件三維模型進(jìn)行比對，確定對應(yīng)關(guān)系；步驟4、五軸數(shù)控編程，根據(jù)三維比對確定的坐標(biāo)系關(guān)系調(diào)整零件三維模型姿態(tài)，然后進(jìn)行數(shù)控編程；步驟5、數(shù)控仿真和加工，將所述鑄件坯料模型導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)進(jìn)行加工仿真，得到仿真數(shù)控程序；步驟6、在機(jī)檢測，將仿真數(shù)控程序傳輸?shù)綑C(jī)床，獲取在鑄件坯料上的點(diǎn)坐標(biāo)，將點(diǎn)坐標(biāo)與零件三維模型進(jìn)行比對，驗(yàn)證基準(zhǔn)準(zhǔn)確性；步驟7、零件加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:步驟I包括:步驟U、確定所述鑄件坯料(I)的結(jié)構(gòu)特征；步驟12、在所述鑄件坯料(I)上至少加工三個(gè)互相垂直的基準(zhǔn)平面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:步驟2包括:步驟21、采用三維照相或掃描方式獲得所述鑄件坯料(I)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)；步驟22、根據(jù)所述基準(zhǔn)平面建立坐標(biāo)系；步驟23、將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理成三角面片格式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:所述三維照相或掃描采用的三維照相設(shè)備或激光掃描設(shè)備；所述三維照相設(shè)備或激光掃描設(shè)備的照相或掃描和拼接精度在0.1mm以內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:步驟3包括:步驟31、在三維應(yīng)用軟件中依據(jù)已加工的所述基準(zhǔn)平面為所述鑄件坯料(I)掃描模型建立坐標(biāo)系；步驟32、任意建立所述零件三維模型的坐標(biāo)系；步驟33、以所述鑄件坯料(I)非加工面為基準(zhǔn)，將所述鑄件坯料(I)掃描模型和所述零件三維模型進(jìn)行比對，同時(shí)可采用旋轉(zhuǎn)或平移方式進(jìn)行微調(diào)零件三維模型，通過橫向和縱向或軸向和徑向截面分析余量分布情況；步驟34、最終確定所述零件三維模型和所述鑄件坯料(I)掃描模型坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:步驟4包括:步驟41、輸入所述鑄件坯料(I)掃描模型作為毛坯，再輸入所述零件三維模型作為零件；步驟42、根據(jù)三維比對確定的坐標(biāo)系關(guān)系調(diào)整所述零件三維模型姿態(tài)，然后按照加工特征選擇不同的策略進(jìn)行數(shù)控編程，所述鑄件坯料(I)大面見光即可。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:步驟5包括:步驟51、將所述鑄件坯料(I)模型和數(shù)控程序?qū)霐?shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)；步驟52、數(shù)控機(jī)床仿真系統(tǒng)進(jìn)行加工仿真；步驟53、得到仿真刀具、工作和機(jī)床的運(yùn)動情況及仿真后數(shù)控程序，同時(shí)進(jìn)行干涉、碰撞、過切、欠切和超程檢查。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基準(zhǔn)確定方法，其特征在于:步驟6包括:步驟61、將仿真后數(shù)控程序傳輸至機(jī)床；步驟62、在機(jī)床上安裝檢測探頭，編制探頭檢測程序，獲取鑄件坯料(I)上已加工面和非加工面上的點(diǎn)坐標(biāo)；步驟63、將點(diǎn)坐標(biāo)與零件三維模型進(jìn)行比對，分析誤差，驗(yàn)證基準(zhǔn)的正確性及修正基準(zhǔn)。
【文檔編號】G05B19/4097GK103760821SQ201310576098
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】謝萍, 王德躍, 謝慧娟, 盧天山, 張東鋒 申請人:湖北三江航天紅陽機(jī)電有限公司