(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210772295.9 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 航天材料及工艺研究所 地址 100076 北京市丰台区南大红门路1号 (72)发明人 王新永　高翔　徐亮　王凯　孙冬　 周征　张莹　张建飞　焦星剑　 李军平　王金明　杨明珲　 (74)专利代理 机构 中国航天科技专利中心 11009 专利代理师 范晓毅 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) (54)发明名称 一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及 加工方法 (57)摘要 本发明公开了一种仿形无基准薄壁缘全型 面余量分析及加工方法， 突破了仿形无基准薄壁 缘结构件加工技术壁垒。 首先基于激光扫描技术 对毛坯全型面扫描， 同时完成毛坯模型逆向重 建， 通过重建的毛坯模型与设计模 型拟合对毛坯 进行全型面余量分析； 基于余量 分析结果进行产 品快速找 正后对内型面及工艺基准面进行加工， 并以内型面及工艺基准面作为外型面加工基准， 实现内、 外型面、 连接孔以及外形轮廓同工位共 基准加工。 本发 明实现了无基准仿形结构件全型 面余量的快速分析以及多工序加工基准传递， 解 决了现有技术中产品检测及找 正时间长、 加工效 率低、 尺寸精度不足及表面质量差等问题， 在陶 瓷基机械加工领域具有广泛的应用前 景。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115169107 A 2022.10.11 CN 115169107 A 1.一种仿形 无基准薄壁 缘全型面 余量分析及加工方法， 其特 征在于， 包括： (1)将毛坯固定于检测平台上， 利用三维激光扫描仪采集毛坯内型面、 外型面及轮廓的 三维测量数据， 并根据所述 三维测量数据重建毛坯的三维模型； (2)利用毛坯和产品的三维模型进行型面拟合， 并将型面拟合后的毛坯三维模型与产 品设计模型比对， 得到毛坯余 量分布数据； (3)利用工装实现毛坯内型面在机床工作台上的定位， 并根据毛坯余量分布数据确定 使毛坯内型面实现最优 包络产品内型面的加工原点； (4)基于内型面加工原点对毛坯内型面及底面进行粗加工及精加工， 得到产品内型面 和产品底面； (5)基于产品设计模型轮廓及内型面加工原点， 加工工艺基准面， 将产品内型面及工艺 基准面作为外型面加工基准 面； (6)使产品内型面与工装外型面配合， 利用工装实现毛坯外型面在机床工作台上的定 位， 并根据工艺基准 面与工装基准 面的配合关系确定 外型面加工原点； (7)基于外型面加工原点对毛坯外型面进行粗加工和精加工， 之后加工连接孔， 得到产 品外型面和产品连接孔； (8)利用所述产品连接孔将毛坯固定 于工装上， 进行产品外形轮廓面的加工 。 2.根据权利要求1所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 还包括： 在步骤(5)完成后， 以产品设计模型为基准， 利用三维激光扫描仪检测产品内型面、 产 品底面和工艺基准面是否合格， 合格时进入步骤(6)， 不合格时对产品内型面， 产品底面或 工艺基准 面进行补偿加工； 还包括： 在步骤(8)完成后， 以产品设计模型为基准， 利用三维激光扫描仪检测产品外形轮廓 面、 产品外型面和产品连接孔是否合格， 合格时加工完成， 不合格时对外形轮廓面， 产品外 型面或产品连接孔进行补偿加工； 还包括： 步骤(9)： 根据加工效率、 工艺尺寸精度及加工型面质量优化刀具和刀柄结构， 同时匹 配性优化加工参数。 3.根据权利要求1所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 所述步骤(1)中， 检测平台为可旋转的平台， 使用热熔胶 粘接毛坯边缘位置， 使毛坯固 定于检测平台并在毛坯表面粘贴检测用激光标记； 所述步骤(1)中， 三维激光扫描仪通过支撑机构设置于检测平台上方， 所述支撑机构包 括支架和基座； 所述检测平台安装于基座上， 支架下端与基座固定连接， 支架上端固定安装 三维激光扫描仪 。 4.根据权利要求1所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 所述三维激光扫描仪为基于激光测距原理的非接触主动式扫描仪； 通过三维激光扫 描仪获取的信息包括毛坯表面 点位的三维坐标、 反射 率及纹理信息。 5.根据权利要求1所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 所述步骤(6)中， 根据工艺基准面与工装的基准面的配合关系确定外型面加工原点权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115169107 A 2时， 具体根据工艺基准 面与工装的基准 面的法向投影距离确定 外型面加工原点。 6.根据权利要求1所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 在三轴加工中心完成对产品内型面、 工艺基准面、 产品底面以及产品外型面的加工， 在五轴加工中心完成产品连接孔和产品外形轮廓面的加工； 工艺基准 面相对于产品外形轮廓面法向 向外侧偏置 3～6mm。 7.根据权利要求1所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 所述步骤(3)中根据毛坯余量分布数据确定使毛坯内型面实现最优包络产品内型面 的加工原点的具体方法为， 根据毛坯余量分布数据编制内型面预加工刀路， 利用加工设备 的探测头进行在线模拟加工， 根据在线模拟加工结果判断毛坯内型面是否实现最优包络， 当未实现最优包络时， 对预加工刀路的原 点进行空间自由度调整， 当实现最优包络时， 根据 此时的内型面预加工刀路确定内型面加工原点。 8.根据权利要求2所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 所述步骤(9)中， 根据加工效率、 工艺尺寸精度及加工型面质量优化的刀柄结构为热 缩刀柄或高速刀柄， 热缩刀柄或高速刀柄的长度为(0.4～0.6) ×H， 其中H为产品高度， 刀柄 小端直径为小于2 ×(L×tanθ+D)， 其中L为刀具有效长度， θ为被切削部位切线所在平面与 底面的夹角， D为刀具半径； 根据加工效率、 工艺尺寸精度及加工型面质量优化的型面加工刀具结构为镶片式金刚 石铣刀， 直径为Φ22～Φ32mm， 圆角为R1～R2mm， 刀杆直径为Φ20～Φ30mm， 长度为L160mm、 L200mm或L250mm， 刀片为可替换式； 轮廓加工刀具结构为金刚石锯片刀， 直径为Φ150mm， 厚 度为T3.5m m， 刀具表面电镀15 0#‑200#金刚砂， 回转轮廓度＜0.3 。 9.根据权利要求2所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方法， 其特征 在于， 所述 步骤(9)中， 根据加工效率、 工艺尺寸精度及加工型面质量优化的加工参数包括： 型面粗加工参数： 主轴转速S为2000r/min ‑2500r/min， 进给速率f为800mm/min ‑ 1500mm/min； 型面精加工参数： 主轴转速S为3000r/min ‑5000r/min， 进给速率f为2000mm/min ‑ 3500mm/min； 型面补偿加工参数： 主轴转速S为5000r/min ‑6500r/min， 进给速率f为5000mm/min ‑ 10000mm/min； 轮廓加工参数： 主轴转速S为1500r/min ‑2500r/min， 进给速率f为20mm/min ‑100mm/ min。 10.根据权利要求1 ‑9任一项所述的一种仿形无基准薄壁缘全型面余量分析及加工方 法， 其特征在于， 所述无基准薄壁 缘的壁厚为 4～5mm， 高度为174～3 00mm。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115169107 A 3