複雜鑄件機加工藝基準確定方法
2023-05-10 11:00:01 1
複雜鑄件機加工藝基準確定方法
【專利摘要】本發明公開了一種複雜鑄件機加工藝基準確定方法，屬於機械加工【技術領域】。所述複雜鑄件機加工藝基準確定方法包括以下步驟：加工基準特徵、三維照相或掃描、三維對比、五軸數控編程、數控仿真和加工、在機檢測及零件加工。本發明一種複雜鑄件機加工藝基準確定方法解決了採用傳統劃線方法協調不全面、效率低、協調次數多等問題，效率高。
【專利說明】複雜鑄件機加工藝基準確定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械加工【技術領域】，特別涉及一種複雜鑄件機加工藝基準確定方法。【背景技術】
[0002]鑄造是將金屬熔煉成符合一定要求的液體並澆進鑄型裡，經冷卻凝固、清理處理後得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件(零件或毛坯)的工藝過程。鑄造生產的毛坯成本低廉，在壁薄、內腔複雜和用其他方法難以成型的零件時，如殼體、箱體類零件，更能顯示出它的經濟性。鑄造出的產品，不經機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餘量進行機械加工才能達到使用要求。
[0003]目前，現有的各類鑄件均採用劃線方式進行餘量和加工基準的協調，對於簡單鑄件零件較易實施，鑄件質量穩定且滿足工藝要求，協調效率高，成本低；對於複雜鑄件因尺寸多，鑄件成型難度大，鑄件質量偏差大，採用劃線協調方式無法全面而準確的協調，存在顧此失彼的現象,對鑄件的後續加工存在較大的隱患。
[0004]複雜鑄件鑄造工藝難度大，鑄造周期長，研製鑄造精度差，為滿足使用性能和生產進度的要求，鑄件加工基準的確定顯得尤為關鍵，決定著最終加工成品的尺寸精度，如果加工基準選擇不當，會造成加工後的產品超差，尺寸精度無法滿足設計要求，甚至報廢，浪費了材料。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種解決了採用傳統劃線方法協調不全面、效率低、協調次數多等問題，效率高的複雜鑄件機加工藝基準確定方法。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供了一種複雜鑄件機加工藝基準確定方法，用來加工鑄件坯料以製備零件；包括以下步驟:步驟1、加工基準特徵，得出所述鑄件坯料(I)的基準平面；步驟2、三維照相或掃描所述鑄件坯料(I)的基準平面，建立坐標系；步驟3、三維比對，在三維應用軟體中根據鑄件坯料(I)的基準平面建立坐標系，與零件三維模型進行比對，確定對應關係；步驟4、五軸數控編程，根據三維比對確定的坐標系關係調整零件三維模型姿態，然後進行數控編程；步驟5、數控仿真和加工，將所述鑄件坯料模型導入數控工具機仿真系統進行加工仿真，得到仿真數控程序；步驟6、在機檢測，將仿真數控程序傳輸到工具機，獲取在鑄件坯料上的點坐標，將點坐標與零件三維模型進行比對，驗證基準準確性步驟7、零件加工。
[0007]進一步地，步驟I包括:步驟11、確定所述鑄件坯料的結構特徵；步驟12、在所述鑄件坯料上至少加工三個互相垂直的基準平面。
[0008]進一步地，步驟2包括:步驟21、採用三維照相或掃描方式獲得所述鑄件坯料的三維點雲數據；步驟22、根據所述基準特徵建立坐標系；步驟23、將三維點雲數據處理成三角面片格式。
[0009]進一步地，所述三維照相或掃描採用的三維照相設備或雷射掃描設備；所述三維照相設備或雷射掃描設備的照相或掃描和拼接精度在0.1mm以內。
[0010]進一步地，步驟3包括:步驟31、在三維應用軟體中依據已加工的所述基準平面為所述鑄件坯料掃描模型建立坐標系；步驟32、任意建立所述零件三維模型的坐標系；步驟33、以所述鑄件坯料非加工面為基準，將所述鑄件坯料掃描模型和所述零件三維模型進行比對，同時可採用旋轉或平移方式進行微調零件三維模型，通過橫向和縱向或軸向和徑向截面分析餘量分布情況；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系的對應關係。
[0011]進一步地，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、根據三維比對確定的坐標系關係調整所述零件三維模型姿態，然後按照加工特徵選擇不同的策略進行數控編程，所述鑄件坯料大面見光即可。
[0012]進一步地，步驟5包括:步驟51、將所述鑄件坯料模型和數控程序導入數控工具機仿真系統；步驟52、數控工具機仿真系統進行加工仿真；步驟53、得到仿真刀具、工作和工具機的運動情況及仿真後數控程序，同時進行幹涉、碰撞、過切、欠切和超程檢查。
[0013]進一步地，步驟6包括:步驟61、將仿真後數控程序傳輸至工具機；步驟62、在工具機上安裝檢測探頭，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坐標；步驟63、將點坐標與零件三維模型進行比對，分析誤差，驗證基準的正確性及修正基準。
[0014]本發明提供的複雜鑄件機加工藝基準確定方法根據鑄件坯料的結構特點確定加工基準特徵，根據加工基準特徵通過三維照相或掃描得出坐標系，根據坐標系，進行三維比對，確定零件三維模型與鑄件坯料的三維模型坐標系的對應關係，然後進行五軸數控編程，將所述鑄件坯料模型和數控程序導入數控工具機仿真系統，進行數控仿真和加工，將仿真後數控程序傳輸至工具機，進行在機檢測，然後進行零件加工，解決了採用傳統劃線方法協調不全面、效率低、協調次數多等問題，效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例提供的複雜鑄件機加工藝基準確定方法的工藝流程圖；
[0016]圖2為本發明實施例提供的鑄件坯料基準特徵示意圖；
[0017]圖3為本發明實施例提供的鑄件坯料坐標系設置示意圖；
[0018]圖4為本發明實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為本發明實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。
【具體實施方式】
[0020]參見圖1，本發明實施例提供了一種複雜鑄件機加工藝基準確定方法，用來加工鑄件坯料I以製備零件。複雜鑄件機加工藝基準確定方法包括以下步驟:步驟1，加工基準特徵；步驟2、三維照相或掃描；步驟3、三維比對；步驟4、五軸數控編程；步驟5、數控仿真和加工；步驟6、在機檢測；步驟7、零件加工。
[0021]步驟I包括:步驟11、確定鑄件坯料I的結構特徵；步驟12、根據鑄件坯料I的結構特徵在鑄件坯料I上至少加工三個互相垂直的基準平面或。
[0022]步驟2包括:步驟21、採用三維照相或掃描方式獲得鑄件坯料I的三維點雲數據；步驟22、根據基準特徵建立坐標系；步驟23、將三維點雲數據處理成三角面片格式。步驟21採用三維照相設備或雷射掃描設備。三維照相設備或雷射掃描設備的照相或掃描和拼接精度在0.1mm以內。
[0023]步驟3包括:步驟31、在三維應用軟體中依據已加工的基準平面為鑄件坯料I掃描模型建立坐標系；步驟32、任意建立零件三維模型的坐標系；步驟33、以鑄件坯料I非加工面為基準，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行比對，同時可採用旋轉或平移方式進行微調零件三維模型，通過橫向和縱向或軸向和徑向截面分析餘量分布情況；步驟34、最終確定零件三維模型和鑄件坯料I掃描模型坐標系的對應關係。
[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、根據三維比對確定的坐標系關係調整零件三維模型姿態，然後按照加工特徵選擇不同的策略進行數控編程，即按照鑽銑排量、等高分層加工及等步距來選擇變步距行切、恆功率恆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模型和數控程序導入數控工具機仿真系統；步驟52、數控工具機仿真系統進行加工仿真；步驟53、得到仿真刀具、工作和工具機的運動情況及仿真後數控程序，同時進行幹涉、碰撞、過切、欠切和超程檢查。
[0026]步驟6包括:步驟61、將仿真後數控程序傳輸至工具機；步驟62、在工具機上安裝檢測探頭，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坐標；步驟63、將點坐標與零件三維模型進行比對，分析誤差，驗證基準的正確性及修正基準。
[0027]步驟7按照確定的基準進行加工，零件各方面綜合性能提高99%以上。
[0028]當使用本發明複雜鑄件機加工藝基準確定方法時。
[0029](I)加工基準特徵
[0030]如圖2-3所示，分析鑄件坯料I的結構特點，選擇鑄件坯料大端面和內孔圓環面為基準特徵，並加工大端面和內孔面見光(見光面大於或等於80%)，同時在大端面上加工Φ8Η7銷孔，用於確定坐標系。
[0031](2)三維照像或掃描
[0032]採用三維照像或掃描設備對鑄件坯料I所有型面進行拍照，去除多餘的噪聲點，獲得鑄件坯料I的三維點雲模型。根據第(I)步加工的基準特徵建立坐標系，內孔中心為坐標原點0，大端面為Z軸零點，Y軸指向銷孔中心，通過後處理轉化為三角面片格式文件，其後綴為.Stl。
[0033](3)三維比對
[0034]在三維軟體中為零件三維模型建立坐標系，坐標系方向與鑄件坯料I模型一致(也可任意建立)，同時導入鑄件坯料I模型和零件模型，以鑄件坯料內型非加工面為比對基準，在鑄件坯料模型和零件模型內型相應位置選取特徵點進行粗對齊，再通過最佳擬合方式。輔助於6個方向平移和6個方向旋轉進行微調，創建徑向截面如圖4所示，截面中以鑄件坯料I理論輪廓線為基準，按照設計公差±0.5mm向內外偏置輪廓線，分析鑄件坯料I實物內外輪廓線是否包絡在偏置輪廓線內，類似創建軸向截面如圖5示。分析截面中鑄件坯料I輪廓線與鑄件坯料I實際輪廓線的誤差不大於±0.5mm,從而確定鑄件坯料模型和零件模型之間的坐標系關係 Trx0.523、Try-2.146、Trz_5.325、RoxO、Roy0.024、Roz0.162。
[0035](4)五軸數控編程
[0036]在三維CAM軟體中導入鑄件坯料I模型並固定，再導入零件模型，根據第(3)步確定的兩者坐標系之間的關係進行相應位置移動，以鑄件坯料模型為毛坯進行數控編程，採用平面銑、大曲面銑等方式以及走刀進退刀策略編制數控程序。
[0037]( 5)數控加工仿真和加工
[0038]在數控加工仿真軟體中建立工具機仿真模型，導入鑄件坯料I模型和數控程序，制定仿真坐標系和刀具後進行仿真切削。通過查看報警情況，可判別有無過切、欠切、碰撞和幹涉等。若無任何報警現象，即可將數控程序傳輸至工具機進行加工。加工坐標系的確定必須與鑄件坯料I模型坐標系一致。
[0039](6)在機檢測
[0040]在三維工具軟體中以零件模型為依據，首先在零件模型內外型面上創建系列結點。根據結點數量和位置編制探頭檢測程序，傳輸至工具機後運行檢測程序，獲取鑄件坯料I上已加工面和非加工面上的點坐標，將點坐標與零件三維模型進行比對，分析誤差與鑄件坯料I所留餘量的一致性，驗證基準的正確性，若有偏差，可及時修正基準。
[0041](7)零件加工
[0042]按照確定後的鑄件坯料I加工基準進行加工，完成零件的加工。
[0043]本發明提供的複雜鑄件機加工藝基準確定方法根據鑄件坯料的結構特點確定加工基準特徵，根據加工基準特徵通過三維照相或掃描得出坐標系，根據坐標系，進行三維比對，確定零件三維模型與鑄件坯料的三維模型坐標系的對應關係，然後進行五軸數控編程，將所述鑄件坯料模型和數控程序導入數控工具機仿真系統，進行數控仿真和加工，將仿真後數控程序傳輸至工具機，進行在機檢測，然後進行零件加工，解決了採用傳統劃線方法協調不全面、效率低、協調次數多等問題，效率高。
【權利要求】
1.一種複雜鑄件機加工藝基準確定方法，用來加工鑄件坯料(I)以製備零件；其特徵在於，包括以下步驟:步驟1、加工基準特徵，得出所述鑄件坯料(I)的基準平面；步驟2、三維照相或掃描所述鑄件坯料(I)的基準平面，建立坐標系；步驟3、三維比對，在三維應用軟體中根據鑄件坯料(I)的基準平面建立坐標系，與零件三維模型進行比對，確定對應關係；步驟4、五軸數控編程，根據三維比對確定的坐標系關係調整零件三維模型姿態，然後進行數控編程；步驟5、數控仿真和加工，將所述鑄件坯料模型導入數控工具機仿真系統進行加工仿真，得到仿真數控程序；步驟6、在機檢測，將仿真數控程序傳輸到工具機，獲取在鑄件坯料上的點坐標，將點坐標與零件三維模型進行比對，驗證基準準確性；步驟7、零件加工。
2.根據權利要求1所述的基準確定方法，其特徵在於:步驟I包括:步驟U、確定所述鑄件坯料(I)的結構特徵；步驟12、在所述鑄件坯料(I)上至少加工三個互相垂直的基準平面。
3.根據權利要求2所述的基準確定方法，其特徵在於:步驟2包括:步驟21、採用三維照相或掃描方式獲得所述鑄件坯料(I)的三維點雲數據；步驟22、根據所述基準平面建立坐標系；步驟23、將三維點雲數據處理成三角面片格式。
4.根據權利要求3所述的基準確定方法，其特徵在於:所述三維照相或掃描採用的三維照相設備或雷射掃描設備；所述三維照相設備或雷射掃描設備的照相或掃描和拼接精度在0.1mm以內。
5.根據權利要求3所述的基準確定方法，其特徵在於:步驟3包括:步驟31、在三維應用軟體中依據已加工的所述基準平面為所述鑄件坯料(I)掃描模型建立坐標系；步驟32、任意建立所述零件三維模型的坐標系；步驟33、以所述鑄件坯料(I)非加工面為基準，將所述鑄件坯料(I)掃描模型和所述零件三維模型進行比對，同時可採用旋轉或平移方式進行微調零件三維模型，通過橫向和縱向或軸向和徑向截面分析餘量分布情況；步驟34、最終確定所述零件三維模型和所述鑄件坯料(I)掃描模型坐標系的對應關係。
6.根據權利要求5所述的基準確定方法，其特徵在於: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、根據三維比對確定的坐標系關係調整所述零件三維模型姿態，然後按照加工特徵選擇不同的策略進行數控編程，所述鑄件坯料(I)大面見光即可。
7.根據權利要求6所述的基準確定方法，其特徵在於:步驟5包括:步驟51、將所述鑄件坯料(I)模型和數控程序導入數控工具機仿真系統；步驟52、數控工具機仿真系統進行加工仿真；步驟53、得到仿真刀具、工作和工具機的運動情況及仿真後數控程序，同時進行幹涉、碰撞、過切、欠切和超程檢查。
8.根據權利要求7所述的基準確定方法，其特徵在於:步驟6包括:步驟61、將仿真後數控程序傳輸至工具機；步驟62、在工具機上安裝檢測探頭，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坐標；步驟63、將點坐標與零件三維模型進行比對，分析誤差，驗證基準的正確性及修正基準。
【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 優先權日:2013年11月18日
【發明者】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電有限公司