一種對偶小孔精密加工方法
【專利摘要】本發(fā)明一種對偶小孔精密加工方法屬于小孔加工領(lǐng)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(shù)控鉆削機床的回轉(zhuǎn)工作臺上，數(shù)控加工對偶小孔的第一個孔，采用接觸式測頭在機分層檢測第一個孔的實際內(nèi)廓形，采用最小二乘法計算第一個孔的實際軸線，按照對撞點的設(shè)計參數(shù)要求，反算出第二個孔的入鉆點坐標，并重新生成第二個孔的數(shù)控加工程序，自動完成第二個孔的加工。本發(fā)明基于測量-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(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于小孔加工領(lǐng)域，特別涉及一種對偶小孔精密加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天裝備服役性能的不斷提升，對液體火箭發(fā)動機的制造質(zhì)量提出了更高的要求。噴注器盤是大型液體火箭發(fā)動機的關(guān)鍵件之一，也是難加工零件。噴注器盤上設(shè)計有不同直徑尺寸的數(shù)百對小孔，組成孔陣，以實現(xiàn)燃燒劑和氧化劑高壓噴出后高速對撞、快速霧化，并形成一個穩(wěn)定的燃燒面。為保證霧化效果、介質(zhì)燃燒穩(wěn)定，對偶小孔的對撞精度至關(guān)重要，要求加工后兩對偶孔的實際軸線應(yīng)相交于某特定的空間位置，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、不銹鋼和鈦合金等材料難加工、對撞點的空間位置精度高等。那么，采用通用數(shù)控鉆床，按照對偶小孔的原始設(shè)計進行單純的數(shù)控加工，即使單個孔的加工誤差能控制在公差范圍內(nèi)，由于兩個孔的加工誤差在對撞點處積聚，導(dǎo)致對偶小孔的對撞精度仍將無法達到設(shè)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(fā)動機噴注器盤制造過程中迫切需要解決的關(guān)鍵問題之一。
[0003]2003年，游健民在《火箭推進》第29卷第3期發(fā)表文章《噴注器盤的小孔加工》中介紹了一種火箭發(fā)動機噴注器盤對偶小孔手動鉆削方法，即按照圖紙設(shè)計對對偶孔中的單個孔分別加工，加工過程中的傾角調(diào)整、孔分度以及鉆削進給均由人工操作機床完成。該工藝方法嚴重依賴于操作者的加工經(jīng)驗，加工效率低、精度一致性差。2009年，黃立德主編的《液體彈道導(dǎo)彈與運載火箭系列一發(fā)動機制造技術(shù)》第I版第3次印刷的叢書中指出噴注器盤小孔數(shù)控鉆削方法具有適應(yīng)性強、機床精度高、操作方便、加工自動化程度高等優(yōu)點，但仍僅面向單個傾斜小孔的加工。另外，國內(nèi)外學(xué)者和機構(gòu)發(fā)展了一些微/小孔特種加工方法，如振動鉆削、電火花加工、激光加工等，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(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是克服上述傳統(tǒng)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(dǎo)致的對撞點空間位置精度難以保證的難題，發(fā)明了一種對偶小孔精密加工方法。該方法基于測量-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(jù)已加工出的第一個孔的實際軸線，按照對撞點的設(shè)計參數(shù)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(xiàn)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(nèi)廓形接觸式分層在機檢測，采用最小二乘方法計算實際軸線，降低了測量誤差對計算結(jié)果的影響，提高了計算精度。并且，在統(tǒng)一基準條件下完成了測量與加工數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)了對偶小孔精密加工。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)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(shù)控鉆削機床的回轉(zhuǎn)工作臺上，按照原始設(shè)計數(shù)控加工對偶小孔的第一個孔，然后，采用接觸式測頭在機分層檢測第一個孔的實際內(nèi)廓形，采用最小二乘方法計算第一個孔實際軸線，按照對撞點的設(shè)計參數(shù)要求，反算出第二個孔的加工位置，并重新生成第二個孔的數(shù)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放置在回轉(zhuǎn)工作臺I上，并調(diào)整工件2與回轉(zhuǎn)工作臺I同軸，四個帶螺栓的壓板3均布于回轉(zhuǎn)工作臺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)回轉(zhuǎn)工作臺I將參考基面c調(diào)至水平，鉆頭4快速移動至第一個孔a的加工參考點Q2，鉆頭4中心線與參考基面c的交點即為第一個孔a的入鉆點Q3，且第一個孔a的入鉆點Q3距離工件回轉(zhuǎn)中心O的距離為R。
[0011](2)回轉(zhuǎn)工作臺I繞A軸正向旋轉(zhuǎn)第一個孔a的傾角α，調(diào)整第一個孔a軸線至豎直狀態(tài)，鉆頭4沿Y軸平移Hsin (_ α )，其中H為A軸回轉(zhuǎn)時參考基面c的偏置距離，sin(_a )表示角度-α的正弦值。
[0012](3)鉆頭4沿Z軸作一維直線進給運動，到達鉆削深度后，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(shù)控加工。
[0013]第三步接觸式分層在機檢測第一個孔a的內(nèi)廓形
[0014](I)卸掉鉆頭4，安裝接觸式測頭5，轉(zhuǎn)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(nèi)壁后自動原路返回，采集系統(tǒng)自動記錄觸發(fā)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上的其余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各點檢測后，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)，重復(fù)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]第四步基于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，取平均后作為第一測量層L1的圓心坐標；首先選擇第I組數(shù)據(jù){Pn，P12，P13}計算第I個的圓心坐標(Xn，Y11),計算公式為，[0020]
【權(quán)利要求】
1.一種對偶小孔精密加工方法，其特征在于，精密加工方法中，先將工件裝夾在五坐標數(shù)控鉆削機床的回轉(zhuǎn)工作臺上，按照原始設(shè)計數(shù)控加工對偶小孔的第一個孔，然后，采用接觸式測頭在機分層檢測第一個孔的實際內(nèi)廓形，采用最小二乘法計算第一個孔的實際軸線，按照對撞點的設(shè)計參數(shù)要求，反算出第二個孔的入鉆點坐標，并重新生成第二個孔的數(shù)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 )放置在回轉(zhuǎn)工作臺(I)上，并調(diào)整工件(2 )與回轉(zhuǎn)工作臺(I)同軸，四個帶螺栓的壓板(3)均布于回轉(zhuǎn)工作臺(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)回轉(zhuǎn)工作臺(I)將參考基面(c)調(diào)至水平，鉆頭(4)快速移動至第一個孔(a)的加工參考點(Q2)，鉆頭(4)中心線與參考基面(c)的交點即為第一個孔(a)的入鉆點(Q3)，且第一個孔(a)的入鉆點(Q3)距離工件回轉(zhuǎn)中心O的距離為R ； (2)回轉(zhuǎn)工作臺(I)繞A軸正向旋轉(zhuǎn)第一個孔(a)的傾角(α)，調(diào)整第一個孔(a)軸線至豎直狀態(tài)，鉆頭(4)沿Y軸平移Hsin (_ α )，其中H為A軸回轉(zhuǎn)時參考基面(C)的偏置距離，sin(_α )表示角度-α的正弦值； (3)鉆頭(4)沿Z軸作一維直線進給運動，到達鉆削深度后，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(shù)控加工； 第三步接觸式分層在機檢測第一個孔(a)內(nèi)廓形 (1)卸掉鉆頭(4)，安裝接觸式測頭(5)，轉(zhuǎn)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(nèi)壁后自動原路返回，采集系統(tǒng)自動記錄觸發(fā)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)上的其余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)各點檢測后，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)， 重復(fù)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； 第四步基于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，取平均后作為第一測量層(L1)的圓心坐標；首先選擇第I組數(shù)據(jù){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(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)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(xué)