一種對偶小孔精密加工方法
2023-11-10 11:06:32
一種對偶小孔精密加工方法
【專利摘要】本發明一種對偶小孔精密加工方法屬於小孔加工領域，特別涉及一種對偶小孔精密加工方法。該方法中，先將工件裝夾在五坐標數控鑽削工具機的迴轉工作檯上，數控加工對偶小孔的第一個孔，採用接觸式測頭在機分層檢測第一個孔的實際內廓形，採用最小二乘法計算第一個孔的實際軸線，按照對撞點的設計參數要求，反算出第二個孔的入鑽點坐標，並重新生成第二個孔的數控加工程序，自動完成第二個孔的加工。本發明基於測量-加工一體化策略，在工件一次裝卡下完成對偶小孔的廓形測量、數據處理、孔加工，能夠滿足不同直徑、不同傾角對偶小孔對撞精度的加工要求，加工效率高、精度一致性好，通過加工誤差在對撞點處「歸零」處理，實現了對偶小孔精密加工。
【專利說明】一種對偶小孔精密加工方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於小孔加工領域，特別涉及一種對偶小孔精密加工方法。
【背景技術】
[0002]隨著航天裝備服役性能的不斷提升，對液體火箭發動機的製造質量提出了更高的要求。噴注器盤是大型液體火箭發動機的關鍵件之一，也是難加工零件。噴注器盤上設計有不同直徑尺寸的數百對小孔，組成孔陣，以實現燃燒劑和氧化劑高壓噴出後高速對撞、快速霧化，並形成一個穩定的燃燒面。為保證霧化效果、介質燃燒穩定，對偶小孔的對撞精度至關重要，要求加工後兩對偶孔的實際軸線應相交於某特定的空間位置，進而多個對耦小孔軸線的空間交點可形成一個對撞面。因此，對偶小孔的加工尤其需要保證對撞點的空間位置精度。該類小孔具有如下加工難點:孔直徑lmm-3mm、斜孔、不鏽鋼和鈦合金等材料難加工、對撞點的空間位置精度高等。那麼，採用通用數控鑽床，按照對偶小孔的原始設計進行單純的數控加工，即使單個孔的加工誤差能控制在公差範圍內，由於兩個孔的加工誤差在對撞點處積聚，導致對偶小孔的對撞精度仍將無法達到設計要求。因此，如何精密保證噴注盤對偶小孔的對撞精度已成為大型液體火箭發動機噴注器盤製造過程中迫切需要解決的關鍵問題之一。
[0003]2003年，遊健民在《火箭推進》第29卷第3期發表文章《噴注器盤的小孔加工》中介紹了一種火箭發動機噴注器盤對偶小孔手動鑽削方法，即按照圖紙設計對對偶孔中的單個孔分別加工，加工過程中的傾角調整、孔分度以及鑽削進給均由人工操作工具機完成。該工藝方法嚴重依賴於操作者的加工經驗，加工效率低、精度一致性差。2009年，黃立德主編的《液體彈道飛彈與運載火箭系列一發動機製造技術》第I版第3次印刷的叢書中指出噴注器盤小孔數控鑽削方法具有適應性強、工具機精度高、操作方便、加工自動化程度高等優點，但仍僅面向單個傾斜小孔的加工。另外，國內外學者和機構發展了一些微/小孔特種加工方法，如振動鑽削、電火花加工、雷射加工等，大多針對直孔型微/小孔的加工，尚未提及對偶小孔的加工方法和精度保障技術。
【發明內容】
[0004]本發明主要解決的技術問題是克服上述傳統加工方法的不足，針對對偶小孔加工過程中因加工誤差終端積聚導致的對撞點空間位置精度難以保證的難題，發明了一種對偶小孔精密加工方法。該方法基於測量-加工一體化策略對一種對偶小孔進行精密加工，力口工工藝柔性好、自動化程度高。根據已加工出的第一個孔的實際軸線，按照對撞點的設計參數要求，反算第二個孔的待加工位置，重新生成第二個孔的加工程序，實現了加工誤差在對撞點處「歸零」，保證了對偶小孔的對撞精度。孔內廓形接觸式分層在機檢測，採用最小二乘方法計算實際軸線，降低了測量誤差對計算結果的影響，提高了計算精度。並且，在統一基準條件下完成了測量與加工數據轉換，數據處理效率高。在工件一次裝卡下完成對偶小孔的廓形測量、數據處理、孔加工，能夠滿足不同直徑尺寸、不同傾斜角度對偶小孔對撞精度的加工要求，加工效率高、精度一致性好，實現了對偶小孔精密加工。
[0005]本發明採用的技術方案是一種對偶小孔精密加工方法，該方法先將工件裝夾在五坐標數控鑽削工具機的迴轉工作檯上，按照原始設計數控加工對偶小孔的第一個孔，然後，採用接觸式測頭在機分層檢測第一個孔的實際內廓形，採用最小二乘方法計算第一個孔實際軸線，按照對撞點的設計參數要求，反算出第二個孔的加工位置，並重新生成第二個孔的數控加工程序，自動完成加工。
[0006]對偶小孔精密加工方法的具體步驟如下:
[0007]第一步工件裝夾
[0008]將工件2放置在迴轉工作檯I上，並調整工件2與迴轉工作檯I同軸，四個帶螺栓的壓板3均布於迴轉工作檯I上，壓板3壓緊工件2，完成裝夾。
[0009]第 二步加工對偶小孔的第一個孔a
[0010](I)迴轉工作檯I將參考基面c調至水平，鑽頭4快速移動至第一個孔a的加工參考點Q2，鑽頭4中心線與參考基面c的交點即為第一個孔a的入鑽點Q3，且第一個孔a的入鑽點Q3距離工件迴轉中心O的距離為R。
[0011](2)迴轉工作檯I繞A軸正向旋轉第一個孔a的傾角α，調整第一個孔a軸線至豎直狀態，鑽頭4沿Y軸平移Hsin (_ α )，其中H為A軸迴轉時參考基面c的偏置距離，sin(_a )表示角度-α的正弦值。
[0012](3)鑽頭4沿Z軸作一維直線進給運動，到達鑽削深度後，退刀至第一個孔a的加工參考點Q2,自動完成第一個孔a的數控加工。
[0013]第三步接觸式分層在機檢測第一個孔a的內廓形
[0014](I)卸掉鑽頭4，安裝接觸式測頭5，轉換至測量模式；在第一個孔a軸線方向上等距選取5個測量層，每個測量層選定4個周向均布的待測點；
[0015](2)接觸式測頭5沿Z軸由測量參考點Q4平移至第一測量層L1的位置Z1 ;接觸式測頭5沿X軸正向慢速運動，觸碰第一個孔a的內壁後自動原路返回，採集系統自動記錄觸發時刻第一測量層L1的第I個待測點坐標P11 (X111Y11)0
[0016](3)接著，按照操作步(2)的檢測過程，接觸式測頭5分別檢測Y軸負向、X軸負向和Y軸正向的待測點，得第一測量層L1上的其餘3個待測點坐標分別為P12 (x12, y12)、P13
(X13， 丫13)、Pl4 (xi4，yi4)。
[0017](4)完成第一測量層L1各點檢測後，接觸式測頭5依次運動至第i測量層Li位置Zi (i=2，3，4，5)，重複操作步(2)和操作步(3)的檢測過程，獲得各測量層的測點坐標PiJ(Xij, Yij) (i=2,…，5 ； j=l,…，4),完成第一個孔a在機接觸式分層檢測。
[0018]第四步基於最小二乘法計算第一個孔a的實際軸線
[0019](I)在第一測量層L1的測量點集{Plj; j=l,…，4}中任意取出三個測量點計算三點組成圓的圓心坐標，存在4種可選組合，則可計算出4組圓心坐標，取平均後作為第一測量層L1的圓心坐標；首先選擇第I組數據{Pn，P12，P13}計算第I個的圓心坐標(Xn，Y11),計算公式為，[0020]
【權利要求】
1.一種對偶小孔精密加工方法，其特徵在於，精密加工方法中，先將工件裝夾在五坐標數控鑽削工具機的迴轉工作檯上，按照原始設計數控加工對偶小孔的第一個孔，然後，採用接觸式測頭在機分層檢測第一個孔的實際內廓形，採用最小二乘法計算第一個孔的實際軸線，按照對撞點的設計參數要求，反算出第二個孔的入鑽點坐標，並重新生成第二個孔的數控加工程序，自動完成第二個孔的加工；對偶小孔精密加工方法的具體步驟如下: 第一步工件裝夾 將工件(2 )放置在迴轉工作檯(I)上，並調整工件(2 )與迴轉工作檯(I)同軸，四個帶螺栓的壓板(3)均布於迴轉工作檯(I)上，壓板(3)壓緊工件(2)，完成裝夾； 第二步加工對偶小孔的第一個孔(a) (1)迴轉工作檯(I)將參考基面(c)調至水平，鑽頭(4)快速移動至第一個孔(a)的加工參考點(Q2)，鑽頭(4)中心線與參考基面(c)的交點即為第一個孔(a)的入鑽點(Q3)，且第一個孔(a)的入鑽點(Q3)距離工件迴轉中心O的距離為R ； (2)迴轉工作檯(I)繞A軸正向旋轉第一個孔(a)的傾角(α)，調整第一個孔(a)軸線至豎直狀態，鑽頭(4)沿Y軸平移Hsin (_ α )，其中H為A軸迴轉時參考基面(C)的偏置距離，sin(_α )表示角度-α的正弦值； (3)鑽頭(4)沿Z軸作一維直線進給運動，到達鑽削深度後，退刀至第一個孔(a)的加工參考點(Q2),自動完成第一個孔(a)的數控加工； 第三步接觸式分層在機檢測第一個孔(a)內廓形 (1)卸掉鑽頭(4)，安裝接觸式測頭(5)，轉換至測量模式；在第一個孔(a)軸線方向上等距選取5個測量層，每個測量層選定4個周向均布的待測點； (2)接觸式測頭(5)沿Z軸由測量參考點(Q4)移動至第一測量層(L1)的位置Z1;接觸式測頭(5)沿X軸正向慢速運動，觸碰第一個孔(a)的內壁後自動原路返回，採集系統自動記錄觸發時刻第一測量層(L1)的第I個待測點坐標P11 (Xη,Yη)； (3)接著，按照操作步(2)的檢測過程，接觸式測頭(5)分別檢測Y軸負向、X軸負向和Y軸正向的待測點，得第一測量層(L1)上的其餘3個待測點坐標分別為P12 (x12, y12)、P13(X13， Y13)、Pl4 (xi4，yi4); (4)完成第一測量層(L1)各點檢測後，接觸式測頭(5)依次運動至第i測量層(Li)位置冗1 (i=2，3，4，5)， 重複操作步(2)和操作步(3)的檢測過程，獲得各測量層的測點坐標PiJ(Xij, Yij) (i=2,…，5 ； j=l,…，4),完成第一個孔(a)在機接觸式分層檢測； 第四步基於最小二乘法計算第一個孔(a)的實際軸線 (I)在第一測量層(L1)的測量點集中任意取出三個測量點計算三點組成圓的圓心坐標，存在4種可選組合，則可計算出4組圓心坐標，取平均後作為第一測量層(L1)的圓心坐標；首先選擇第I組數據{Pn，P12，P13}計算第I個的圓心坐標(Xn，Y11),計算公式為，
【文檔編號】B23B35/00GK103909283SQ201410127110
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】劉海波, 王永青, 賈振元, 董江華, 盧博, 薄其樂, 王福吉 申請人:大連理工大學