阅读说明：本技术 基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工方法及装置 (Complex curved surface part machining method and device based on part appearance self-adaptive adjustment ) 是由 孙运刚 戴冠帮 于佳利 汪愿 张平 黄卫华 于 2021-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及零件外形自适应加工技术领域,具体为基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工方法及装置,加工装置包括：工作台；控制单元,设有若干个且均设置在工作台上,高度可调；真空吸盘,设置在控制单元的顶端,用于吸附复杂曲面零件；力传感器,设置在真空吸盘的中部,用于采集复杂曲面零件加工时的切削力数据并转化为电信号；上位机,与控制单元、力传感器通过电信号连接。与现有技术相比,本发明对刀具转速、主轴进给速度、加工路径、步进行程等加工参数进行自动调整,实现了对实际加工质量进行优化调整；准确地反映了加工过程中零件的实时状态,并且降低了加工过程中零件的损伤。(The invention relates to the technical field of part appearance self-adaptive processing, in particular to a method and a device for processing a complex curved surface part based on part appearance self-adaptive adjustment, wherein the processing device comprises: a work table; the control units are arranged on the workbench and are adjustable in height; the vacuum chuck is arranged at the top end of the control unit and used for adsorbing the complex curved surface part; the force sensor is arranged in the middle of the vacuum chuck and used for collecting cutting force data during the machining of the complex curved surface part and converting the cutting force data into an electric signal; and the upper computer is connected with the control unit and the force sensor through electric signals. Compared with the prior art, the invention automatically adjusts the processing parameters such as the rotating speed of the cutter, the feeding speed of the main shaft, the processing path, the stepping stroke and the like, thereby realizing the optimized adjustment of the actual processing quality; the real-time state of the parts in the machining process is accurately reflected, and the damage of the parts in the machining process is reduced.)

基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工方法及装置

技术领域

本发明涉及零件外形自适应加工技术领域，具体为基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工方法及装置。

背景技术

复杂曲面零件，如发动机涡轮叶片等，被广泛应用于航空航天、交通运输、能源动力等领域。随着高端装备的不断发展，对复杂曲面零件的加工质量、加工效率提出了更高要求。传统加工方法往往需要首先根据零件图纸，设计加工路径及加工参数，在加工过程中难以根据实际加工质量进行优化调整。

专利CN102172845A公开了一种复杂薄壁曲面工件加工工艺参数的校验方法，利用高速摄像机记录复杂曲面工件加工过程中机床实时工作状态，并于时后处理实时记录获得工件加工工艺参数的实时参数，利用该参数对复杂曲面工件进行参数修正。然而该方法仅能利用摄像机获得待加工工件图像信息，无法准确反映加工过程中零件的实际状态。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工方法及装置。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工装置，包括：

工作台；

控制单元，设有若干个且均设置在工作台上，高度可调；

真空吸盘，设置在控制单元的顶端，用于吸附复杂曲面零件；

力传感器，设置在真空吸盘的中部，用于采集复杂曲面零件加工时的切削力数据并转化为电信号；

上位机，与控制单元、力传感器通过电信号连接，用于绘制复杂曲面零件的待加工面轮廓，设定加工参数，实时处理切削力信号，优化计算加工参数并调整刀具姿态，计算控制单元的位移量并调整控制单元姿态。

优选的，所述控制单元的底部设有与上位机电信号连接的位移控制装置。

应用基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工装置的加工方法，具体步骤如下：

步骤(一)将若干个控制单元的状态、力传感器数值调零；

步骤(二)将待加工复杂曲面零件放置在工作台上，真空吸盘吸附在待加工复杂曲面零件上，使得由若干个控制单元顶端所构成的曲线与复杂曲面零件的轮廓外形一致；

步骤(三)将若干个控制单元的顶端位置信号发送至上位机中，上位机根据位置信号进行空间位置矩阵计算，绘制出待加工复杂曲面零件的待加工面形状轮廓；

步骤(四)根据待加工面形状轮廓以及加工要求，自动规划加工路径，形成初步设定的加工参数后，开始对待加工复杂曲面零件的待加工面进行加工；

步骤(五)通过力传感器采集加工过程中的切削力，并实施传输至上位机中，上位机对接收到的切削力信号进行取反处理，获取加工过程中复杂曲面整体受力情况；

步骤(六)根据所获取的情况对加工参数进行优化计算，并结合待加工复杂曲面零件的待加工面几何尺寸，进行控制单元的姿态计算，得到每个控制单元需要调整的位移量；

步骤(七)根据步骤(六)中优化计算得到的结果发送至刀具上，进行加工参数调整，并将得到的控制单元需要调整的位移量传送至控制单元上进行姿态调整；

步骤(八)重复步骤(六)至步骤(七)，直至待加工复杂曲面零件加工结束。

进一步地，步骤(六)中的加工参数包括刀具转速、进给速度、步进行程、加工路径。

本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过上位机分析加工过程中复杂曲面零件的受力情况，并结合复杂曲面零件的曲面几何形状进行加工参数和控制单元位移的寻优计算，对刀具转速、主轴进给速度、加工路径、步进行程等加工参数进行自动调整，实现了对实际加工质量进行优化调整；本发明通过控制单元随着复杂曲面零件的外形轮廓自适应下降，上位机根据位置信号进行控制单元空间位置矩阵计算，绘制出复杂曲面零件的待加工面形状轮廓，以及配合力传感器实时采集的切削力信号，准确地反映了加工过程中零件的实时状态，并且降低了加工过程中零件的损伤。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明装置的结构示意图；

图3为本发明工作台的俯视结构示意图。

图中：1、工作台；2、控制单元；3、真空吸盘；4、待加工复杂曲面零件；5、刀具；6、上位机。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1至图3所示，基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工装置，包括一个工作台1，所述工作台1上密布有控制单元2，所述控制单元2的顶端设有真空吸盘3，该真空吸盘3用于吸附复杂曲面零件；所述真空吸盘3的中部设有力传感器，该传感器用于采集复杂曲面零件加工时的切削力数据并转化为电信号；所述控制单元2的底部设有位移控制装置，用于对控制单元2进行姿态即高度调整。

还包括一个上位机6，所述上位机6与控制单元2中的位移控制装置、力传感器通过电信号连接；所述上位机6用于绘制复杂曲面零件的待加工面轮廓，设定加工参数，实时处理切削力信号，优化计算加工参数并调整刀具5姿态，计算控制单元2的位移量并调整控制单元2姿态。

基于零件外形自适应调整的复杂曲面零件加工装置的加工方法，具体步骤如下：

步骤(一)将控制单元2的状态、力传感器数值调零。

具体的，将工作台1上所有的控制单元2上的真空吸盘3打开，对应的所有的力传感器的数值调零。

步骤(二)将待加工复杂曲面零件4放置在工作台1上，真空吸盘3吸附在待加工复杂曲面零件4上，使得由控制单元2顶端所构成的曲线与复杂曲面零件的轮廓外形一致。

步骤(三)将所有的控制单元2的顶端位置信号发送至上位机6中，上位机6根据位置信号进行空间位置矩阵计算，绘制出待加工复杂曲面零件4的待加工面形状轮廓。

步骤(四)根据待加工面形状轮廓以及加工要求，自动规划加工路径，形成初步设定的加工参数后，开始对待加工复杂曲面零件4的待加工面进行加工。

步骤(五)通过力传感器采集加工过程中的切削力，并实施传输至上位机6中，上位机6对接收到的切削力信号进行取反处理，获取加工过程中复杂曲面整体受力情况。

步骤(六)根据所获取的情况对加工参数进行优化计算，并结合待加工复杂曲面零件的待加工面几何尺寸，进行控制单元2的姿态计算，得到每个控制单元2需要调整的位移量。

具体的，所述加工参数包括刀具转速、进给速度、步进行程、加工路径。

步骤(七)根据步骤(六)中优化计算得到的结果发送至刀具5上，进行加工参数调整，并将得到的控制单元2需要调整的位移量传送至控制单元2上进行姿态调整；

步骤(八)重复步骤(六)至步骤(七)，直至待加工复杂曲面零件4加工结束。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。