专利名称：一种大型不规则回转型面构件的配对加工方法
技术领域：
本发明涉及一种大型回转型面构件的配对加工方法，特别是一种大型不规 则回转型面构件的配对加工方法。
背景技术：
大型蜂窝共底构件是运载火箭末级推进剂箱中的关键部件之一，用于隔离 液氢、液氧燃料，要求它具有很高的隔温隔热和抗压能力以及较轻的重量。该 构件是大型椭圆回转型面球冠构件，由复合材料制成的蜂窝夹芯和铝合金制成 的上、下底蒙皮通过配合、粘接固化而成。蒙皮内表面即蒙皮与蜂窝夹芯的接 触面的设计形状为理论椭圆回转型面，由于蒙皮是用薄铝合金板制成的，而薄 铝合金板在制造过程中有弹性变形、焊接时有较大的焊接变形，因而造成回转 型面和焊缝不规则，蒙皮内表面的实际形状相对理论椭圆回转型面有较大的误
差，最大的法向误差达10mm左右。
为保证球冠构件粘接固化的高质量，即蒙皮与蜂窝夹芯表面的单个脱粘面 积应小于625平方毫米、脱粘总面积不应大于蒙皮表面积的0.5%，因此要求粘 接固化前蒙皮与蜂窝夹芯表面的法向配合间隙应小于0.2mm，只有蜂窝夹芯的 上、下表面分别与上、下底蒙皮内表面的形状、尺寸完全一致，才能使其粘接 面积符合设计要求，而手工打磨方法和加工理论椭圆球面的数控加工方法都无 法满足上述的生产要求。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以使蒙皮与蜂窝夹 芯表面的法向配合间隙小于0.2mm的大型不规则回转型面构件的配对加工方 法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下 一种大型不规则回转型面构 件的配对加工方法包括扫描测量蒙皮内表面、建立数学模型并生成蜂窝夹芯表 面的数字化配对加工点集、对蜂窝夹芯上下表面分别进行加工，具体包括以下
A、扫描测量蒙皮内表面利用三维模拟测头对蒙皮的实际配合曲面进行自动跟踪测量和数据采集，获得三维模拟测头触指球端中心的数据点集[P];
B、 建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集对取得的数 据点集[P]进行等距计算的数学处理，得到蒙皮实际表面上相应的点集[Pl]，对 理论蒙皮曲面进行位置优化，使实测曲面相对理论曲面的最大法向误差达到最 小，以减少或消除系统定位误差，使误差均化，然后进行表面数据阴阳模转换 处理，生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集[Q];根据砂轮半径和蜂窝夹芯 表面数字化配对加工点集[Q]，进行砂轮半径补偿，得到砂轮中心运动轨迹的点 集[M];
C、 对蜂窝夹芯表面加工采用以回转轴C轴为基准的三轴联动插补方法
(xzc)，分别磨削加工蜂窝夹芯的上下表面。
本发明所述的扫描测量蒙皮内表面的具体方法包括以下步骤
Al、工件安装测量蒙皮内表面实际曲面时，蒙皮安装定位在回转工作台 上进行回转运动，三维模拟测头安装在刀架上作X和Z轴运动，溜板水平移动 方向为X轴，刀架垂直移动方向为Z轴，工作台回转运动轴为C轴；
A2、扫描测量采用三维模拟测头对蒙皮内表面实际曲面进行自动跟踪扫 描和数据采集，建立数据点集[P]，自动跟踪扫描原理是在扫描过程中三维模拟 测头触指球端触压测量表面，通过保持三维模拟测头综合压偏量不变，控制三 维模拟测头连续地沿着被测表面切线方向运动，完成被测表面的自动跟踪测量。
本发明所述的自动跟踪测量分为母线测量方式、分层周进测量方式和螺旋 周进测量方式；
采用所述的母线测量方式时，回转工作台沿C轴定位在指定角度位置，X、
Z轴参与自动跟踪控制，控制算法为
(1)式中^为三维模拟测头切线方向给定速度，&A,、 ^为其在x、 z方
向的分量，^和《为三维模拟测头在X、 z方向的压偏量，^为合成压偏量
(1)式中速度^的方向为三维模拟测头综合压偏量方向，即三维模拟测头
触指球端中心G与模拟测头中心O的连线GO方向，^与J^的合成速度V和母线切线方向平行，^的大小应使综合压偏量^保持为规定值^， ^值偏离^的误 差为S-^-^。，用^调节S，使S减至最小或零，则有
(2)
(2)式中K为PID系数；
采用所述的分层周进测量方式时，回转工作台作回转运动，为克服回转工 作台的转动惯量大，传动链反向间隙较大，难以作频繁变速运动的问题，控制
回转工作台恒线速度运动；扫描测量从工件直径大端向小端进行，工作台的转 速是升速过程，这样有利于避免工作台减速引起的前冲误差；回转工作台独立 控制，Y轴不参与扫描跟踪控制，在每一层的跟踪扫描过程中，采用锁定坐标轴 X或Z，只有一个坐标轴参与控制的随动控制方法；层间周进时，X和Z轴同时 参与控制；在蒙皮内表面的不同位置，三维模拟测头敏感控制方向不同，而以 敏感控制方向的坐标轴进行跟踪测量控制有利于提高三维模拟测头的响应速 度，因此把蒙皮内表面分为A和B两个区，由A区三维模拟测头压偏量图可知，
X轴为敏感控制方向，X轴进行跟踪测量控制，Z轴锁定或周期进给； 由B区三维模拟测头压偏量图可知，Z轴为敏感控制方向，Z轴进行跟 踪扫描控制，X轴锁定或周期进给，分层周进扫描测量控制算法
B区 ％ i 2rz " (4)
式(3)和(4)中，^为周进速度，周进方向从工件直径大端向小端，且 垂直于&，当非周进时，^为零，Kl、 K2分别表示阴阳模和跟踪方向，Kl=l， 表示阳模即下底蒙皮的内表面；Kl=-1，表示阴模即上底蒙皮的内表面；K2=l, 表示跟踪方向为顺时针，K2=-l，表示跟踪方向为逆时针；
分层扫描过程中需要自动进行周进与随动轴的切换，以保证三维模拟测头 敏感方向的坐标轴作为随动控制轴，切换点近似选在回转工件母线的法线方向 角等于45度处；采用所述的螺旋周进测量方式时，控制算法同为式(3)和(4)，但^始终 不为零。
本发明所述的建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集包
括以下步骤
Bl、利用理论曲面的误差曲面建立实测曲面的数学模型，通过求解理论曲 面的法线来实现曲面等距计算、表面数据阴阳模转换；测量采集数据点集[P]为 半径。的三维模拟测头触指球端中心轨迹，即实测曲面的等距面；实测曲面用理 论曲面的误差曲面来表示，误差5是指实测曲面相对于理论曲面在法线方向上的 误差； 一般回转曲面是由一条平面曲线绕Z轴回转而成，其矢量方程为
及二《0)SO) +《(")f (5)
即 '
及=cos+ sin砂'+
Z =《(w) cos p7 =sin pZ =(6)
式中，^为转角参数，"为母线参数，且单位法矢为
^ =-《cos — -《sin+ -实际三维模拟测头触指球端中心的轨迹方程为
将测量采集数据点集[P]代入式(8)，求得实测的蒙皮实际表面上相应的点 集[P1];
B2、进行理论曲面位置参数的优化，减小安装定位的偏心或歪斜引起的系 统误差理论曲面的位置变化，将影响实测曲面与理论曲面之间的法向误差5， 设理论回转曲面的位置参数为X^x,;;，z，",AT ，其中x,y,z为相对于三维坐标
U，z的平移变换量，而"，"则是绕x,:r轴的转动变换量，当理论曲面由当前位
置X。-0变换至X时，蒙皮实测曲面相对理论曲面的误差变换公式△=《—^^(— - 〃—+"cosy 乂—- ^ (cn
由于回转型面所具有的轴对称性，绕Z周的回转不影响误差变换，故式(9) 中不含7因子；
b3、通过理论曲面位置参数的优化，可以实现均化实测曲面的法向误差的 优化目标，既用理论曲面的等距面去包容实测曲面，使包容域达到最小，此时 的理论曲面位置参数即为最优位置参数；采用最小二乘法计算出最优位置参数 ^及相应的法向误差^，由以理论曲面的优化位置为原点的实测曲面方程式 (10)，求得实测曲面的坐标点集，阴阳模翻转后得蜂窝夹芯表面的数字化配对 加工点集[q] (z,，z,，c,
本发明所述的蜂窝夹芯表面加工的插补方法为
数字化加工时，通过砂轮半径补偿，计算出砂轮中心运动轨迹的点集[M] (X,，Z,，C,)，回转工作台必须沿C轴作独立运动，因而设计了基于回转工作台 的三轴联动插补方法，砂轮中心由M,点运动到Mw点的插补公式
az广^v(x,+广Xi)/(ci+1-c,)
AZ,^C,(Z<+1-Z,)/(C,+1-C,)
式中《,为第j个插补周期C轴的位置增量。 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果
1、 由于本发明实现了大型不规则回转型面构件的测量、数学处理、数字化 加工一体化，加工精度高，加工效率高，可以实现粘接固化前，蒙皮与蜂窝夹 芯表面的配合间隙小于0.2mm，粘接固化后，蒙皮与蜂窝夹芯表面的每处脱粘 面积小于625平方毫米，脱粘总面积不大于蒙皮表面积的0.5%的要求。己完成 的十几件大型蜂窝共底构件的配对加工，产品合格率100%，生产周期由十天縮 短到三天，从而满足了生产的需要。
2、 由于本发明采用母线测量方式、分层周进测量方式、螺旋周进测量方式 进行自动跟踪扫描，控制算法简单、扫描速度快、数据采集精度高，扫描速度 高达2米/分钟。
3、 由于本发明采集数据的数学处理方法运算速度快，等距计算精度可靠，位置优化方法效果好，显著地减小了安装定位系统误差，减小比例达30%。 4、由于本发明基于回转工作台的三轴联动插补方法进行加工，控制精度高。
本发明共有附图4张，其中
图1是大型不规则回转型面构件配对加工工艺示意图。 图2是本发明蒙皮工件安装示意图。
图3是本发明采用母线测量方式时三维模拟测头自动跟踪控制算法示意图。 图4是本发明采用分层周进测量方式和螺旋周进测量方式时三维模拟测头 自动跟踪控制算法示意图。
图中21、砂轮中心运动轨迹的点集[M]， 22、蜂窝夹芯表面的数字化配 对加工点集[Q]， 23、砂轮，24、三维模拟测头，25、采集数据点集[P]， 26、蒙 皮实际表面上相应的点集[P1] ， 27、溜板，28、刀架，30、蒙皮，31、工作台， 32、三维模拟测头触指球端，33、三维模拟测头中心O， 35、 A区三维模拟测 头压偏量图，36、周进方向，37、 B区三维模拟测头压偏量图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1-4所示， 一种大型不规则 回转型面构件的配对加工方法包括扫描测量蒙皮30内表面、建立数学模型并生 成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集、对蜂窝夹芯上下表面分别进行加工，
具体包括以下步骤
A、 扫描测量蒙皮30内表面利用三维模拟测头24对蒙皮30的实际配合 曲面进行自动跟踪测量和数据采集，获得三维模拟测头触指球端32中心的数据 点集[P]25;
B、 建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集对取得的数 据点集[P]25进行等距计算的数学处理，得到蒙皮30实际表面上相应的点集 [Pl]26，对理论蒙皮30曲面的进行位置优化，使实测曲面相对理论曲面的最大 法向误差达到最小，以减少或消除系统定位误差，使误差均化，然后进行上下 表面数据转换处理，生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集[Q]22;根据砂轮 23半径和蜂窝夹芯表面数字化配对加工点集[Q]22，进行砂轮半径补偿，得到砂 轮中心运动轨迹的点集[M]21;
C、 对蜂窝夹芯表面加工采用以回转轴C轴为基准的三轴联动插补方法(xzc)，分别磨削加工蜂窝夹芯的上下表面。
所述的扫描测量蒙皮30内表面的具体方法包括以下步骤— Al、工件安装测量蒙皮30内表面实际曲面时，蒙皮30安装定位在回转 工作台31上进行回转运动，三维模拟测头24安装在刀架28上作X和Z轴运动， 溜板27水平移动方向为X轴，刀架28垂直移动方向为Z轴，工作台31回转运 动轴为C轴；
A2、扫描测量采用三维模拟测头24对蒙皮30内表面实际曲面进行自动 跟踪扫描和数据采集，建立数据点集[P]25，自动跟踪扫描原理是在扫描过程中 三维模拟测头触指球端32触压测量表面，通过保持三维模拟测头24综合压偏 量不变，控制三维模拟测头24连续地沿着被测表面切线方向运动，完成被测表 面的自动跟踪测量。 ，
所述的自动跟踪测量分为母线测量方式、分层周进测量方式和螺旋周进测 量方式；
采用所述的母线测量方式时，回转工作台31沿C轴定位在指定角度位置， X、 Z轴参与自动跟踪控制，控制算法为
(1)式中^为三维模拟测头24切线方向给定速度，&x、 ^为其在X、 Z 方向的分量，^和《为三维模拟测头24在X、 Z方向的压偏量，^为合成压偏
(1) 式中速度^的方向为三维模拟测头24综合压偏量方向，即三维模拟 测头触指球端32中心G与模拟测头中心O 33的连线GO方向，^与^的合成 速度V和母线切线方向平行，「"的大小应使综合压偏量^保持为规定值^， ^值 偏离《的误差为5 = <5 —&，用^调节s，使s减至最小或零，则有
&=《.e (2)
(2) 式中K为PID系数；
采用所述的分层周进测量方式时，回转工作台31作回转运动，为克服回转 工作台31的转动惯量大，传动链反向间隙较大，难以作频繁变速运动的问题，控制回转工作台31恒线速度运动；扫描测量从工件直径大端向小端进行，工作 台31的转速是升速过程，这样有利于避免工作台31减速引起的前冲误差；回 转工作台31独立控制，Y轴不参与扫描跟踪控制，在每一层的跟踪扫描过程中， 采用锁定坐标轴X或Z，只有一个坐标轴参与控制的随动控制方法；层间周进时，
X和Z轴同时参与控制；在蒙皮30内表面的不同位置，三维模拟测头24敏感控
制方向不同，而以敏感控制方向的坐标轴进行跟踪测量控制有利于提高三维模
拟测头24的响应速度，因此把蒙皮30内表面分为A和B两个区，由A区三维 模拟测头压偏量图35可知，X轴为敏感控制方向，X轴进行跟踪测量 控制，Z轴锁定或周期进给；由B区三维模拟测头压偏量图37可知，Z 轴为敏感控制方向，Z轴进行跟踪扫描控制，X轴锁定或周期进给，分层周进扫 描测量控制算法
H《2.UA+fW^ (3)
B区 ^ 1 27 z " (4)
式(3)和(4)中，^为周进速度，周进方向36从工件直径大端向小端， 且垂直于&，当非周进时，^为零，K1、K2分别表示阴阳模和跟踪方向，Kl=l， 表示阳模即下底蒙皮30的内表面；Kl=-1，表示阴模即上底蒙皮30的内表面； K2=l，表示跟踪方向为顺时针，K2=-l，表示跟踪方向为逆时针；
分层扫描过程中需要自动进行周进与随动轴的切换，以保证三维模拟测头 24敏感方向的坐标轴作为随动控制轴，切换点近似选在回转工件母线的法线方 向角等于45度处；
采用所述的螺旋周进测量方式时，控制算法同为式(3)和(4)，但^始终 不为零。
所述的建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集包括以下 步骤
Bl、利用理论曲面的误差曲面建立实测曲面的数学模型，通过求解理论曲 面的法线来实现曲面等距计算、表面数据阴阳模转换；测量采集数据点集[P]25为半径。的三维模拟测头触指球端32中心轨迹，即实测曲面的等距面；实测曲 面用理论曲面的误差曲面来表示，误差5是指实测曲面相对于理论曲面在法线方 向上的误差； 一般回转曲面是由一条平面曲线绕Z轴回转而成，其矢量方程为
<formula>formula see original document page 15</formula>式中，^为转角参数，"为母线参数，且单位法矢为<formula>formula see original document page 15</formula>
实际三维模拟测头触指球端32中心的轨迹方程为<formula>formula see original document page 15</formula>
将测量采集数据点集[P]25代入式(8)，求得实测的蒙皮30实际表面上相 应的点集[P1]26;
B2、进行理论曲面位置参数的优化，减小安装定位的偏心或歪斜引起的系 统误差理论曲面的位置变化，将影响实测曲面与理论曲面之间的法向误差5， 设理论回转曲面的位置参数为X = [x，>^，a，AT ，其中^y,z为相对于三维坐标
x,r,z的平移变换量，而"^则是绕z,;r轴的转动变换量，当理论曲面由当前位
置X。 = 0变换至X时，蒙皮30实测曲面相对理论曲面的误差变换公式
由于回转型面所具有的轴对称性，绕Z周的回转不影响误差变换，故式(9) 中不含y因子；
B3、通过理论曲面位置参数的优化，可以实现均化实测曲面的法向误差的 优化目标，既用理论曲面的等距面去包容实测曲面，使包容域达到最小，此时的理论曲面位置参数即为最优位置参数；采用最小二乘法计算出最优位置参数 Z及相应的法向误差A、由以理论曲面的优化位置为原点的实测曲面方程式 (10),求得实测曲面的坐标点集，阴阳模翻转后得蜂窝夹芯表面的数字化配对 加工点集[Q] (J^ZpC,.,",,,":,);
所述的插补方法为
数字化加工时，通过砂轮半径补偿，计算出砂轮中心运动轨迹的点集[M] (X,，ZpC;)，回转工作台31必须作独立运动，因而设计了基于回转工作台31 的三轴联动插补方法，砂轮23中心由M,.点运动到M,^点的插补公式
AZ,《,(X,+1-X,)/(C,+1-C,) (n) 式中《,为第j个插补周期C轴的位置增量。
如图2所示，本发明使用的机床为大型机床，回转工作台31的回转轴是C 轴、溜板27水平运动是X轴、刀架28垂直运动是Z轴，X、 Z、 C三轴为闭环 或半闭环控制，刀架28可分别安装三维模拟测头24或砂轮23磨头。控制系统 软件包括自动跟踪测量和数据采集模块、数学处理模块、数字化加工模块。
本发明测量时，通过工装夹具将蒙皮30安装在回转工作台31上，并找正。 安装三维模拟测头24在刀架28上，使三维模拟测头24坐标系的XZ平面与机 床坐标系的XZ平面平行。建立测量时的工件坐标系，运行自动跟踪测量和数据 采集模块中的分层进给采集方式或螺旋周进采集方式，自动跟踪测量和数据采 集蒙皮30内表面，获得数据点集[P]25。
如图1所示，本发明运行数学处理模块，对取得的数据点集[P]25进行数学 处理，得到蒙皮30实际表面上相应的点集[P1]26，对理论蒙皮曲面的进行位置 优化，使实测曲面相对理论曲面的最大法向误差达到最小，以减少或消除系统 定位误差，使误差均化，然后进行上下表面数据转换处理，生成蜂窝夹芯表面 的数字化配对加工点集[Q]22。
本发明进行数字化加工时，利用工装夹具将蜂窝夹芯定位安装在回转工作 台31上，并找正。安装砂轮23磨头在刀架28上。建立加工时的工件坐标系， 运行数字化加工模块，对数字化配对加工点集[Q]22进行坐标变换和砂轮半径补 偿，建立砂轮中心运动轨迹的点集[M]21,最后采用三轴联动插补方法磨削加工蜂窝夹芯表面'
权利要求
1、一种大型不规则回转型面构件的配对加工方法包括扫描测量蒙皮(30)内表面、建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集、对蜂窝夹芯上下表面分别进行加工，其特征在于具体包括以下步骤A、扫描测量蒙皮(30)内表面利用三维模拟测头(24)对蒙皮(30)的实际配合曲面进行自动跟踪测量和数据采集，获得三维模拟测头触指球端(32)中心的数据点集[P](25)；B、建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集对取得的数据点集[P](25)进行等距计算的数学处理，得到蒙皮(30)实际表面上相应的点集[P1](26)，对理论蒙皮曲面进行位置优化，使实测曲面相对理论曲面的最大法向误差达到最小，以减少或消除系统定位误差，使误差均化，然后进行表面数据阴阳模转换处理，生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集[Q](22)；根据砂轮(23)半径和蜂窝夹芯表面数字化配对加工点集[Q](22)，进行砂轮半径补偿，得到砂轮中心运动轨迹的点集[M](21)；C、对蜂窝夹芯表面加工采用以回转轴C轴为基准的三轴联动插补方法(XZC)，分别磨削加工蜂窝夹芯的上下表面。
2、 根据权利要求1所述的大型不规则回转型面构件的配对加工方法，其特征在于所述的扫描测量蒙皮(30)内表面的具体方法包括以下步骤Al、工件安装测量蒙皮(30)内表面实际曲面时，蒙皮(30)安装定位 在回转工作台(31)上进行回转运动，三维模拟测头(24)安装在刀架(28) 上作X和Z轴运动，溜板(27)水平移动方向为X轴，刀架(28)垂直移动方 向为Z轴，工作台(31)回转运动轴为C轴；A2、扫描测量采用三维模拟测头(24)对蒙皮(30)内表面实际曲面进 行自动跟踪扫描和数据采集，建立数据点集[P] (25),自动跟踪扫描原理是在扫 描过程中三维模拟测头触指球端(32)触压测量表面，通过保持三维模拟测头 (24)综合压偏量不变，控制三维模拟测头(24)连续地沿着被测表面切线方 向运动，完成被测表面的自动跟踪测量。
3、 根据权利要求1所述的大型不规则回转型面构件的配对加工方法，其特 征在于所述的自动跟踪测量分为母线测量方式、分层周进测量方式和螺旋周、 采用所述的母线测量方式时，回转工作台(31)沿C轴定位在指定角度位 置，X、 Z轴参与自动跟踪控制，控制算法为-(1)式中^为三维模拟测头(24)切线方向给定速度，rCT、 ^为其在X、 Z方向的分量，^和《为三维模拟测头(24)在X、 Z方向的压偏量，^为合成 压偏量&=*/+《2 ;(1) 式中速度^的方向为三维模拟测头(24)综合压偏量方向，即三维模拟测头触指球端(32)中心G与模拟测头中心O (33)的连线GO方向，^与^的合成速度V和母线切线方向平行，^的大小应使综合压偏量^保持为规定值A，《值偏离4的误差为s:^-A，用^调节s，使s减至最小或零，则有<formula>formula see original document page 3</formula>(2)(2) 式中K为PID系数； 采用所述的分层周进测量方式时，回转工作台(31)作回转运动，为克服回转工作台(31)的转动惯量大，传动链反向间隙较大，难以作频繁变速运动 的问题，控制回转工作台(31)恒线速度运动；扫描测量从工件直径大端向小 端进行，工作台(31)的转速是升速过程，这样有利于避免工作台(31)减速 引起的前冲误差；回转工作台(31)独立控制，Y轴不参与扫描跟踪控制，在每 一层的跟踪扫描过程中，采用锁定坐标轴X或Z，只有一个坐标轴参与控制的随 动控制方法；层间周进时，X和Z轴同时参与控制；在蒙皮(30)内表面的不同 位置，三维模拟测头(24)敏感控制方向不同，而以敏感控制方向的坐标轴进 行跟踪测量控制有利于提高三维模拟测头(24)的响应速度，因此把蒙皮(30) 内表面分为A和B两个区，由A区三维模拟测头压偏量图(35)可知， X轴为敏感控制方向，X轴进行跟踪测量控制，Z轴锁定或周期进给；由B区 三维模拟测头压偏量图(37)可知，Z轴为敏感控制方向，Z轴进行跟 踪扫描控制，X轴锁定或周期进给，分层周进扫描测量控制算法<formula>formula see original document page 4</formula>式(3)和(4)中，^为周进速度，周进方向(36)从工件直径大端向小 端，且垂直于&，当非周进时，^为零，Kl、 K2分别表示阴阳模和跟踪方向， Kl=l，表示阳模即下底蒙皮(30)的内表面；Kl=-1,表示阴模即上底蒙皮(30) 的内表面；K2=l，表示跟踪方向为顺时针，K2二-l，表示跟踪方向为逆时针；分层扫描过程中需要自动进行周进与随动轴的切换，以保证三维模拟测头 (24)敏感方向的坐标轴作为随动控制轴，切换点近似选在回转工件母线的法 线方向角等于45度处；采用所述的螺旋周进测量方式时，控制算法同为式(3)和(4)，但^始终 不为零。
4、根据权利要求1所述的大型不规则回转型面构件的配对加工方法，其特 征在于所述的建立数学模型并生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集包括 以下步骤Bl、利用理论曲面的误差曲面建立实测曲面的数学模型，通过求解理论曲 面的法线来实现曲面等距计算、表面数据阴阳模转换；测量采集数据点集[P](25) 为半径。的三维模拟测头触指球端(32)中心轨迹，即实测曲面的等距面；实测 曲面用理论曲面的误差曲面来表示，误差5是指实测曲面相对于理论曲面在法线 方向上的误差； 一般回转曲面是由一条平面曲线绕Z轴回转而成，其矢量方程 为即<formula>formula see original document page 4</formula>式中，^为转角参数，"为母线参数，且单位法矢为<formula>formula see original document page 4</formula>D = Vf+f (7) 实际三维模拟测头触指球端(32)中心的轨迹方程为将测量采集数据点集[P] (25)代入式(8)，求得实测的蒙皮(30)实际表 面上相应的点集[P1] (26);B2、进行理论曲面位置参数的优化，减小安装定位的偏心或歪斜引起的系 统误差理论曲面的位置变化，将影响实测曲面与理论曲面之间的法向误差5， 设理论回转曲面的位置参数为X = [x,w，",MT ，其中为相对于三维坐标 U，Z的平移变换量，而a,^则是绕X,y轴的转动变换量，当理论曲面由当前位 置A^变换至X时，蒙皮(30)实测曲面相对理论曲面的误差变换公式 △ = j — ^^(as— — "c，) + x"， + 乂si矽—^ (9)由于回转型面所具有的轴对称性，绕Z周的回转不影响误差变换，故式(9) 中不含^因子；B3、通过理论曲面位置参数的优化，可以实现均化实测曲面的法向误差的优化目标，既用理论曲面的等距面去包容实测曲面，使包容域达到最小，此时的理论曲面位置参数即为最优位置参数；采用最小二乘法计算出最优位置参数y及相应的法向误差^，由以理论曲面的优化位置为原点的实测曲面方程式(10)，求得实测曲面的坐标点集，阴阳模翻转后得蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集[Q] <formula>formula see original document page 5</formula> <formula>formula see original document page 5</formula> (10)
5、根据权利要求1所述的大型不规则回转型面构件的配对加工方法，其特 征在于所述的插补方法为数字化加工时，通过砂轮半径补偿，计算出砂轮中心运动轨迹的点集[M] (X,，Z,，C,)，回转工作台(31)必须沿C轴作独立运动，因而设计了基于回转 工作台(31)的三轴联动插补方法，砂轮(23)中心由M,点运动到M,+,点的插 补公式A^.=《,(X,.+1-X,)/(C,+1-C,) AZ,《,(Z,+广Z,)/(C,+1-C,.)(11)式中《,为第j个插补周期C轴的位置增:
全文摘要
本发明公开了一种大型不规则回转型面构件的配对加工方法，所述的方法利用三维模拟测头对蒙皮的实际配合曲面进行自动跟踪测量和数据采集，获得三维模拟测头触指球端中心的数据点集[P]；对取得的数据点集[P]进行等距计算的数学处理，得到蒙皮实际表面上相应的点集[P1]，对理论蒙皮曲面进行位置优化，生成蜂窝夹芯表面的数字化配对加工点集[Q]；进行砂轮半径补偿，得到砂轮中心运动轨迹的点集[M]；采用以回转轴C轴为基准的三轴联动插补方法，分别磨削加工蜂窝夹芯的上下表面。本发明实现了大型不规则回转型面构件的测量、数学处理、数字化加工一体化，加工精度高，加工效率高，产品合格率100％，生产周期由十天缩短到三天，从而满足了生产的需要。
文档编号B24B1/00GK101612713SQ20091001258
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月15日 优先权日2009年7月15日
发明者春 王 申请人:大连交通大学