专利名称：用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种箱体或壳体类零件的加工系统，具体地，涉及一种箱体或壳体类零件加工过程中用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统。
背景技术：
在机械加工中经常需要加工箱体或壳体类零件，例如发动机缸体、发动机缸盖、油底壳、曲轴箱、齿轮壳等，这些零件的加工一般具有一个通用的主定位基准，在加工过程中应当尽可能地采用主定位基准对箱体或壳体类零件进行定位装夹，以使得机加工过程中的定位基准保持统一，减小加工误差。但是，在箱体或壳体类零件加工过程中不可避免地会出现一些待加工结构不适合采用主定位基准进行定位的情形，例如待加工结构需要形成在主定位基准的主要定位基面上，此时往往需要采用过渡定位基准进行定位装夹。为了说明问题，以下主要以发动机缸体的加工为例进行说明。 发动机缸体作为发动机零部件的主要安装载体，其上形成有多个安装面和安装孔。发动机缸体在加工过程中涉及相对复杂的加工工艺，大致的加工流程如下粗加工顶平面、底面一精加工定位基准(即底面、两定位销孔)一粗精加工前、后端面一第一次镗缸孔、铣瓦座两侧面等一各深孔加工一第二次镗缸孔一缸体六个面的孔、凸台等的加工一缸孔粗镗、珩磨加工一精铣顶平面一成品。公知地，在发动机缸体的加工过程中遵循六点定位原贝U，理想地，其应当采用一面二销进行定位，即应当利用缸体底面(油底壳安装面)及底面上的两个定位销作为主定位基准，来完成缸体的大部分粗加工工序和全部精加工工序，这种定位方法保证了理论上的六点定位原则，即平面三点、圆柱销二点、菱形销一点。但是，上述发动机缸体的加工流程，不同的生产厂家根据自身的生产实践情况会存在变化。普遍地，由于专业的发动机生产厂家大多具有自身的外部协作厂家，发动机缸体的部分加工工序(尤其是粗加工工序)常常由外部协作厂家完成，这使得通过主定位基准来完成缸体的大部分粗加工工序和全部精加工工序存在困难。具体地，例如，目前本申请人具有两条发动机缸体生产线，每条发动机生产线均采用加工中心(例如德国Cross Hu11 er公司的Star500型卧式加工中心，其为四轴联动设计，通用性较强)和专用机床进行组合生产。加工中心负责一些轻载的粗加工，如钻孔攻丝等，专用机床负责关键部位的加工，如曲轴、缸孔、顶面等部位的半精加工和精加工。其中，发动机缸体的重载粗加工全部由外协厂家进行外委加工，如缸孔粗加工、曲轴孔及开档面粗加工等。为了避免基准转换误差，外委的主要项目加工时所用的定位基准主要为公知的发动机缸体加工的主定位基准，即缸体底面(即油底壳安装面)和底面上的两个定位销孔，因而缸体底面和底面上的两个定位销孔也需要外委加工。但是，发动机缸体底部除了底面及定位销孔需要加工外，还常常需要加工喷油嘴安装孔、润滑油孔等，在外部协作厂家将缸体半成品送达后，这些缸体底面上的孔需要由申请人通过加工中心自行加工，这必然涉及到发动机缸体在加工中心上的定位装夹，由于需要加工的孔位于发动机缸体的底面上，因此在加工这些项目时就很难采用上述正常的“一面二销”的主定位基准。[0006]为解决上述问题，普遍的作法是在发动机缸体上的其它侧面上形成一个过渡基准，例如在发动机缸体的排气侧侧面上形成作为定位基面的工艺凸台，然后用这个过渡基准进行定位，来加工发动机缸体底部的项目，例如润滑油孔等。在此情形下，由于实际上采用过渡基准进行定位，缸体上形成的主定位基准(即“一面两销”)并不实际起到定位作用。具体地，适当参见图I所示，例如在加工中心上加工时，发动机缸体以过渡基准作为实际定位基准通过夹具定位夹紧，夹具上的定位元件与发动机缸体上构成过渡基准的基面形成的过渡基准零点表示为WZPl，机床坐标系零点表示为MZP。在加工中心B轴(即转动平台)转角为180度时，工件底面朝向机床主轴，此时假定WZPl在机床X、Y、Z三个方向上相对于机床坐标系零点MZP的距离分别为212. 5mm,380mm, -83mm。在此情形下，假定需要在缸体底面上钻一个孔，孔号为H6001，该孔在X、Y两个方向上距离过渡基准零点WZPl分别为-255.5mm、235mm，孔口在Z方向距离WZPl的距离为383mm。此时，在加工中心上进行 加工的传统加工工艺具体如下，为帮助理解给出了加工中心采用的加工程序，其中加工中心采用通用的Simens (西门子)数控系统(对于本领域技术人员公知地，下述的加工程序中分号后为具体程序语句的注释语，仅帮助阅读调试程序，并不为加工中心执行)第一，设置加工孔H6001时的坐标系，将坐标零点由机床零点MZP偏移到过渡基准零点WZPI。$P_UIFR[1, X，TR] =212. 5 ；WZP1 与 MZP 在 X 方向相差 212. 5mm$P_UIFR[1,Y, TR] =380 ； WZPl 与 MZP 在 Y 方向相差 380mm$P_UIFR[1, Z, TR] =-83 ； WZPl 与 MZP 在 Z 方向相差 83mm$P_UIFR[1, B，TR] =0 ； WZPl 与 MZP B 轴角度一致第二，用G54调用所设定的坐标系，并在此坐标系下编制加工程序。GO G54X-255. 5 Y235M3D1 ;主轴快速移到 X-255. 5 Y235 的位置GO Z=383+3 ；主轴沿Z轴快速移到离孔口 3mm的位置Gl Z=383-10 ；钻孔，孔深 IOmmGO Z600 ；Z轴快速退到安全位置通过传统加工工艺可以看出，该传统的加工工艺及其加工系统在对上述缸体的加工中，采用的实际定位基准为过渡基准，在加工过程中也是以该过渡基准形成的过渡基准零点作为工件坐标系零点。但是，如上所述，发动机缸体的主要粗加工工序以及全部精加工工序应当采用主定位基准作为定位基准进行加工，所述主定位基准一般根据发动机缸体的设计基准进行选择，因此所述主定位基准可以近似认为是发动机缸体的设计基准，而过渡基准仅是加工过程中为便于加工采用的临时基准。公知地，在机械加工过程中，应当遵循基准统一和基准重合原则，发动机缸体加工过程中应当尽可能统一采用主定位基准(即上述“一面二销”)作为加工定位基准，以避免采用不同定位基准带来的误差。在采用上述过渡基准作为定位基准的情形下，由于过渡基准的加工误差、采用过渡基准进行定位时的装夹误差，必然会导致过渡基准与主定位基准之间存在偏差，即产生所谓的基准不重合误差，这会影响到发动机缸体底面的相关加工项目的加工精度，从而导致发动机缸体的加工精度不高，严重时甚至导致发动机缸体成为废品。上述机加工过程中的缺陷普遍存在于箱体或壳体类零件的加工过程中，而并不限于上述发动机缸体。有鉴于此，需要设计一种用于箱体或壳体类零件的加工系统，以通过新型的加工方式克服现有技术的上述缺陷。
实用新型内容本实用新型还要解决的技术问题是提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统，该加工系统能够在采用过渡基准作为箱体或壳体类零件加工定位基准的情形下有效地补偿因基准不统一而产生的加工误差，从而提高箱体或壳体类零件的加工精度。为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工系统包括数控加工设备和用于检测过渡基准零点相对于主定位基准零点在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的实测距离值的检测装置，该检测装置能够将检测信号传输到所述数控加工设备的数控单元。优选地，所述数控加工设备为卧式加工中心，所述检测装置为用于安装到所述卧·式加工中心的机床主轴上的接触式测头，该接触式测头能够将检测信号无线传输给所述数控加工设备的数控单元。通过上述技术方案，本实用新型的用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统能够通过测量箱体或壳体类零件的主定位基准，找出主定位基准零点与过渡基准零点在X/Y/Z轴方向上的位置偏差，然后用这个位置偏差补偿过渡基准零点的各个坐标值，从而形成修正的过渡基准零点作为工件坐标系零点。这样可以有效地减少基准不重合误差对加工精度的影响。也就是说，尽管通过本实用新型的加工系统采用了过渡基准作为箱体或壳体类零件，尤其是发动机缸体的定位基准，但是由于在加工过程中该加工系统能够通过操作巧妙地补偿过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，因此通过本实用新型的加工系统加工的箱体或壳体类零件的相关结构相对于主定位基准基本不会存在偏差，也就是说，尽管本实用新型采用了过渡基准作为定位基准，但不会因为基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了箱体或壳体类零件(例如发动机缸体)的加工质量。例如，目前申请人的两条发动机缸体生产线均已经通过了试制验收，其加工能力和加工质量完全符合设计标准。本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式
部分予以详细说明。
下列附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式
一起用于解释本实用新型，但本实用新型的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式
。在附图中图I是本实用新型具体实施方式
的用于发动机缸体的基准偏差补偿式加工系统的进行发动机缸体加工的加工流程步骤框图，图中方框内仅简略描述了各步骤的要点。图2是发动机缸体定位装夹到加工中心旋转工作台上的俯视示意图，图中显示尺寸仅是出于说明目的进行的例示尺寸。图3是发动机缸体定位装夹到加工中心旋转工作台上的主视示意图，图中显示尺寸仅是出于说明目的进行的例示尺寸。图4是发动机缸体定位装夹在加工中心旋转工作台上的主视示意图，其中显示了发动机缸体的底面上形成了需要加工的孔。图5是在本实用新型的加工系统的优选实施方式的示意图，其中机床主轴上安装了接触式测头，该示意图显示了通过接触式探头检测主定位基准的检测状态，其仅示意性显示了检测原理并合并显示了检测发动机缸体的底面和底面上定位销孔，其中未区分相关的坐标方向。图6是本实用新型具体实施方式
的用于发动机缸体的基准偏差补偿式加工系统的示意性原理框图。
附图标记说明
I发动机缸体；2旋转工作台； 3接触式测头；4检测装置; 5数控加工设备；6机床主轴； A，D定位销孔;MZP机床坐标系零点； WZPl过渡基准零点；WZP2主定位基准零点； X、Y、Z机床坐标系坐标轴; B旋转工作台旋转轴；
C发动机缸体底面;Cl、C2、C3、C4底面检测点； R、S、T工艺凸台面形成的基准面；H6001待加工的孔。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式
仅用于说明和解释本实用新型，本实用新型的保护范围并不局限于下述的具体实施方式
。首先需要说明的是，本实用新型的加工系统能够形成一种针对箱体或壳体类零件，例如发动机缸体的新型加工流程，该新型加工流程的要点在采用过渡基准定位加工箱体或壳体类零件的例如底面上相关结构时，将箱体或壳体类零件的主定位基准与过渡定位基准的偏差值补偿到以过渡定位基准零点建立的工件坐标系中，以提高箱体或壳体类零件的加工精度。为此需要说明的是，其一，本实用新型所指的箱体类零件，主要是外形形状呈六面体或基本呈六面体的工件(但是并不排除这些箱体类零件上存在孔洞之类的结构，例如缸孔)，壳体类零件主要是一侧开放的用于实现罩盖功能的工件，为帮助本领域技术人员理解本实用新型，以下主要以发动机缸体为例进行描述；其二，尽管在下文的说明中主要以加工中心为例说明相应的加工流程，但对于本领域技术人员是显然地，本实用新型加工系统的技术构思同样可以应用于各种适当的数控加工设备上，例如数控钻床等。因此，本实用新型的保护范围不应局限于加工中心。以下首先简略性地描述本实用新型的基准偏差补偿式加工系统的基本实施方式和优选实施方式，在此基础上，为了帮助本领域技术人员更加深刻地理解本实用新型的技术方案，将进一步描述本实用新型的加工系统所能够实现的加工流程，并以加工中心为例更具体地描述所述加工流程，在描述过程中，将附带说明一些机加工领域的一些基本加工原理和概念。参加图2至图6所示，本实用新型提供一种用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统，所述箱体或壳体类零件(例如发动机缸体I)上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工系统包括数控加工设备5和用于检测过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值的检测装置4，该检测装置能够将检测信号传输给所述数控加工设备5的数控单元。在上述基本实施方式的基础上，优选地，所述数控加工设备为卧式加工中心，所述检测装置包括用于安装到所述数控加工设备的机床主轴6上的接触式测头3，该接触式测头3能够将检测信号无线传输给所述数控加工设备5的数控单元。以下主要以所述箱体或壳体类零件为发动机缸体I为例描述本实用新型的加工 系统的加工流程，首先描述所述加工系统在进行操作流程，在此基础上以加工中心为例描述更具体的加工流程，以满足充分公开的要求。参见图I至图6所示，其中图2至图5中显示的尺寸仅是下文所述的AX、A Y和AZ等的例示尺寸，并不构成对本实用新型保护范围的限制。本实用新型的基准偏差补偿式加工系统在操作过程中的加工流程一般包括如下步骤第一步骤S101，以所述过渡基准作为定位基准将所述缸体I定位装夹到数控加工设备上，所述过渡基准形成的过渡基准零点WZPl相对于所述主定位基准形成的主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的理论距离值分别为AX、AY和AZ ;第二步骤S201，在所述缸体定位装夹的状态下，检测所述过渡基准零点WZPl相对于所述主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值分别为SX、SY和SZ，并分别计算出SX与AX之间的差值c^X、SY与AY之间的差值、以及5Z与AZ之间的差值0Z ;第三步骤S301，通过各个所述差值0X、(^Y和0Z分别修正所述过渡基准零点在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值以形成修正的过渡基准零点，该修正的过渡基准零点与所述主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的距离值分别等于所述理论距离值AX、AY和AZ ;第四步骤S401，以所述修正的过渡基准零点作为所述缸体的工件坐标系零点加工所述发动机缸体上所需要加工的结构。上述加工流程体现了本实用新型的加工系统的基本技术构思，尽管对于本领域技术人员能够相对容易理解上述加工流程所涉及的技术原理或概念，但是为帮助本领域技术人员更加深刻地理解本实用新型额技术方案，以下对上述加工流程涉及的一些技术原理和概念进行说明。第一，上述加工流程针对的是发动机缸体的继续加工(S卩加工对象为已经形成主定位基准和过渡定位基准的发动机缸体半成品)，尤其是针对发动机缸体底面上的相关结构的后续加工，例如发动机缸体底面上的喷油嘴安装孔、润滑油孔等，也就是说，该发动机缸体上已经形成了主定位基准，并且为了进行相关结构的后续加工也形成了过渡基准。就发动机缸体的加工而言，对于本领域技术人员而言显然地，主定位基准一般可以是发动机缸体经过精加工的底面和形成在该底面上的两个定位销孔。由于在机加工领域中，有时在加工一些结构时不适于采用主定位基准，因而在发动机缸体上形成过渡基准，例如由于发动机缸体底面上的喷油嘴安装孔、润滑油孔等形成在发动机缸体底面上，此时显然很难采用底面和底面上的定位销孔作为定位基准进行加工，为此引入了过渡基准。对于本领域技术人员，过渡基准可以具有各种形式，只要遵循六点定位原则即可，例如在本实用新型中可以在发动机缸体的排气侧上形成六个工艺凸台面，这六个工艺凸台面中的三个工艺凸台面处于一个平面(在与机床夹具的定位元件接触时形成三点定位)，两个工艺凸台面处于一个平面(在与机床夹具的定位元件接触时形成两点定位)，另一个工艺凸台面处于又一个平面(在与机床夹具的定位元件接触时形成一点定位)，该三个平面相互垂直形成相交点(即下述的定位基准零点)，从而形成六点定位。当然，过渡基准的形式多种多样，并不局限于本实用新型上述例举的具体形式。第二，在上述加工流程的第一步骤SlOl中，涉及一些技术概念，例如过渡基准零点、主定位基准零点等，这在数控机加工领域是公知的，为了帮助理解现予以简略说明。在数控加工设备中，数控加工设备具有自身的机床坐标系，相应的数控加工设备 具有机床坐标系零点MZP，该机床坐标系零点MZP的位置是固定的，其构成数控加工设备进行机加工的基点，数控加工设备的位置识别均是基于该机床坐标系零点MZP进行的，数控加工设备在进行工件加工前需要进行归零操作(一般刀具移动到相对于机床坐标系零点MZP位置固定的机床参考点)就是这个原因。此外，工件上具有自身的定位基准，定位基准包括相应的定位基面，按照六点定位原则，三个相互垂直的定位基面交汇于一点，该点即为定位基准零点，也就是说，定位基准零点并不一定是实际存在的点，而可以是具有确定位置的虚拟位置点。定位基准零点一般构成编制加工程序的零点，加工程序的编制人员根据定位基准零点编制各个工序程序需要加工的尺寸。例如，在本实用新型中，尽管存在主定位基准，但由于在发动机缸体的加工中并不以主定位基准进行定位，而是通过过渡基准进行定位，因此以过渡基准零点作为编程零点。当发动机缸体I通过过渡基准定位装夹到数控加工设备上时，机床夹具的定位元件与过渡基准的定位基面接触，此时过渡基准零点与夹具零点是重合的。过渡基准零点在机床坐标系中的位置，即相对于机床坐标系零点MZP的位置一般是通过对刀工艺确定的，有关对刀工艺现有技术中存在多种形式，在此不再赘述。在上文所述的传统加工工艺中，发动机缸体的后续加工直接以所述过渡基准零点作为工件坐标系零点进行后续加工。所谓工件坐标系零点即在数控加工设备上对工件加工时机床刀具均相对于该工件坐标系零点来计算对工件的加工尺寸。但是，正如上文所述，发动机缸体的加工应当尽可能以主定位基准进行加工，尽管过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的理论距离值分别为AX、AY和AZ，但是这种理论距离值仅是按照设计图纸得出的理想值，即过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中具有设计的距离值，但是由于过渡基准本身的加工误差以及发动机缸体在数控加工设备上的定位装夹误差，因此过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值不可避免地与理论距离值AX、AY和AZ存在偏差，这种由基准不统一造成的偏差会影响到后续加工的相关结构的尺寸精度和位置精度，从而使得加工不精确。第三，在上述加工流程的第二步骤S201中，本实用新型的加工系统在所述缸体I定位装夹的状态下，检测过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2在机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值5X、SY和S Z，并分别计算出各个实测距离值与相应的理论距离值之间的差值，即SX与AX之间的差值小X、S Y与AY之间的差值c^Y、以及SZ与AZ之间的差值c^Z。相关采用的检测方法可以具有多种，最简单地可以通过直接测量的方式进行测量，例如通过光电测量方法测量将实测距离 例如本实用新型的加工系统可以采用接触式测头，该接触式测头将检测的用于获得实测距离值的参数信号传输到数控加工设备的数控单元，从而通过数控单元处理获得实测距离值并比较各个实测距离值与相应的理论距离值之间的差值。所述接触式测头可以是能够将检测的参数信号无线传输到数控加工设备的数控单元的接触式测头，例如英国测头制造商Renishaw公司生产的接触式测头，该测头测量过程中可以实时将测量参数信号无线传输到机床数控单元。显然地，为了完成上述检测工作，本实用新型的加工系统应当包括相应的检测装置，在数控加工设备为卧式加工中心的情形下，由于卧式加工中心的数控单元内内置有标准的测量程序(即能够处理接触式测头传输的相关结构参数以及位置参数信号的测量程序)，因此所述检测装置可以为能够实现无线传输的接触式测头，在进行检测时将接触式测头安装到卧式加工中心的主轴端部进行测量即可，当然由于需要测量的是过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2在机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值，因此一般需要建立测量坐标系，该测量坐标系可以相对于机床坐标系零点通过对刀工艺确定过渡基准零点的位置，进而以过渡基准零点为原点建立测量坐标系，这对于本领域技术人员是显然地，在下文例举的加工程序中已经体现，在此不再赘述。例如，在本实用新型优选实施方式的加工系统中，采用接触式测头主要用于测量主定位基准零点相对于过渡基准零点的位置，在已经以过渡基准零点建立测量坐标系的情形下，通过接触式测头3检测主定位基准的定位结构的结构参数以及位置参数，例如所述主定位基准一般为发动机缸体的底面和形成在该底面的两个定位销孔，通过在测量坐标系内测量两个定位销孔的结构参数信号以及发动机缸体底面上的四个点的坐标值位置参数并取其平均值，进而通过对测量数据信号进行处理计算，并根据所述接触式测头3在检测时相对于过渡基准零点的相对位置获得过渡基准零点WZPl相对于主定位基准零点WZP2沿X轴、Y轴以及Z轴方向的实测距离值分别为SX、SY和SZ。此外，作为一种简单变型形式，如果采用的数控加工设备不包括相关的标准测量程序的情形下，本实用新型的加工系统完全可以包括独立的检测装置，该检测装置可以包括接触式测头以及内置测量程序的处理单元，接触式测头测量的数据可以经过处理单元处理后再传输给数控加工设备的数控单元，这种简单变型形式同样属于本实用新型的保护范围。第四，在上述加工流程的第三步骤S301中，通过各个所述差值0X、(^Y和C^Z分别修正所述过渡基准零点WZPl在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值以形成修正的过渡基准零点，也就是说，以所述过渡基准零点WZPl为基础，将各个所述差值0X、(^Y和小Z补偿到过渡基准零点WZPl的相应坐标值中，从而形成一个修正的过渡基准零点，该修正的过渡基准零点与所述主定位基准零点WZP2在所述机床坐标系中沿X轴、Y轴以及Z轴方向的距离值分别等于所述理论距离值AX、AY和A Z，即该修正的过渡基准零点与主定位基准零点之间的距离值不再存在偏差，而是等于设计图纸上的理论距离值。有关修正或补偿的方法对于本领域技术人员是公知的，基本就是将过渡基准零点WZPl在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值加上相应的差值或减去相应的差值，其中需要考虑到过渡基准零点WZPl和主定位基准零点WZP2的坐标值在机床坐标系中的正负，这与过渡基准零点和主定位基准零点坐标位置有关，对于发动机缸体的加工而言，一般将过渡基准零点WZPl在所述机床坐标 系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值加上相应的差值即可。当然，对于加工程序的编制人员或工艺人员是明显的，例如在下文所述的加工程序中通过简单的差值加法运算即可。第五，在上述加工流程的第四步S401骤中，以所述修正的过渡基准零点作为所述缸体的工件坐标系零点加工所述发动机缸体上所需要加工的结构，也就是说，尽管加工程序的编制以过渡基准零点进行编制，但由于各个所述差值0X、Cj5Y和02分别补偿到所述过渡基准零点WZPl在所述机床坐标系中的X轴、Y轴以及Z轴坐标值上，因此工件坐标系零点实际是经过修正的过渡基准零点，即刀具是相对于修正的过渡基准零点进行运动的。此外，需要注意的是，尽管上文的说明中本实用新型的加工系统主要针对发动机缸体底面上的相关结构的加工，但本实用新型的技术构思并不限于此，实际上，除了发动机缸体底面以及顶面之外的发动机缸体的其它四个表面的相关结构，均可以采用本实用新型的加工系统进行加工，因此本实用新型的保护范围并不局限于加工发动机缸体底面上的孔等。通过上述对加工流程的说明可以看出，尽管本实用新型的加工系统采用了过渡基准作为发动机缸体的定位基准，但是由于在加工过程中巧妙了补偿了过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，因此通过本实用新型的加工系统加工的发动机缸体的相关结构相对于主定位基准基本不会存在偏差，也就是说，尽管本实用新型的加工系统采用了过渡基准作为定位基准，但不会因为基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了发动机的加工质量。在本实用新型的加工系统的上述加工流程中，如上所述，一般地，所述主定位基准为所述发动机缸体I的底面(即油底壳安装面)和形成在该发动机的底面上的两个定位销孔；所述过渡基准为形成在所述发动机缸体I排气侧的工艺凸台面，各个工艺凸台面形成为用于定位所述发动机缸体I的定位基面。更具体地，所述发动机缸体上所需要加工的结构可以为所述发动机缸体I的底面上的喷油嘴安装孔和/或润滑油孔等。更优选地，所述机床夹具上形成有标准孔，在上述加工流程的第一步骤还可以包括检测所述标准孔在所述数控加工设备的机床坐标系中的坐标值，并将该检测的坐标值与预先设定的该标准孔的标准坐标值比较，两者之间的差值不超过预定偏差值，以确保探针测量精度符合工艺要求，例如在用本实用新型的加工流程加工发动机缸体时，将预定偏差值定为0. 03mm,只要不超过0. 03mm,说明探针的测量精度符合工艺要求。在机床夹具上设置标准孔的主要目的是检测测头测量的准确性，一般每个班次用探针测量一次标准孔。一般而言，机床夹具上的标准孔相对机床零点MZP的位置是固定的，如果探针测量标准孔的实际坐标值与设定的标准坐标值偏差大于预定偏差值，则说明探针测量误差过大，需要调整或更换。进一步地，上述数控加工设备可以为卧式加工中心，一般可以采用通用性较强的四轴联动式卧式加工中心，加工中心的机床坐标系的X轴、Y轴、Z轴存在通用的定义标准，一般平行于加工中心主轴的为Z轴，高度方向的为Y轴，另一个坐标轴为X轴，此外，旋转工作台2的旋转轴线构成B轴，这对于本领域技术人员是公知的，不再赘述。在数控加工设备可以为卧式加工中心的情形下，优选地，可以通过接触式测头进行各个所述实测距离值S X、S Y和S Z的检测工作，并将检测的数据信号传输到所述数控加工设备的数控单元，更优选地，所述接触式测头将检测的数据信号无线传输到所述数控加工设备的数控单元。以上较为抽象地描述了本实用新型的加工系统的加工流程，为了帮助本领域技术人员更深刻地理解本实用新型的技术方案，以下参照图2至图6中本实用新型的加工系统采用卧式加工中心的优选实施方式相对全面的描述本实用新型的加工流程，需要注意的是，在实际应用中加工流程并不局限于图中所示的细节，此外，由于相关的关键构思已经在上文中进行了说明，因此下文将适当予以简略说明。如上所述，本实用新型的加工系统为了消除或减少此误差的影响，其主要的技术构思在于引进加工中心探测工艺，即发动机缸体在机床夹具上采用过渡基准定位，将需要加工的缸体底面朝外，机床加工之前先用测头探测主定位基准(即发动机缸体的底面C和定位销孔A、D)，然后将定位基准零点与过渡基准零点之间的偏差值补偿到过渡基准零点的坐标值上以形成工件坐标系零点中，从而减少相应的误差。 所述卧式加工中心采用广泛采用的Simens (西门子)数控系统，该数控系统里包含标准的探测程序，其中包括测量孔的标准程序CYCLE977与测量面的标准程序CYCLE978，再配上专用的测头就可以实现孔与面在加工中心上的精确测量，测量后可以将探测结果用变量输出，因而理论上可以用机床探测的方法来解决基准不重合误差的问题。为了保证测量精度，选用的是英国著名的测头制造商Renishaw公司的接触式测头，该测头测量过程中可以实时将测量数据无线传输到卧式加工中心的数控单元内，然后由数控单元进行同步分析处理。具体地，过渡基准为形成在发动机缸体的排气侧的六个工艺凸台面R1、R2、R3、S1、S2、T (图中未具体显示)，其中工艺凸台面R1、R2、R3处于同一平面，在图中标示为R，工艺凸台面SI、S2处于同一平面，在图中标示为S，工艺凸台面Z在图中标示为T。所述过渡基准可以外委加工，也可以自行加工。在对发动机缸体I进行后续加工时，首先采用所述过渡基准定位装夹发动机缸体，将发动机缸体I定位装夹到卧式加工中心的旋转工作台2上。然后，用测头测量主定位基准的定位特征结构，即测量缸体底面C和定位销孔A、D(见图4)，从而检测计算出过渡基准零点WZPl与主定位基准零点WZP2之间在定位装夹状态下的实测距离值S X、S Y和S Z，并将该实测距离值S X、S Y和S Z与设计图纸上的理论距离值AX、A Y和A Z进行比较，并将差值补偿给过渡基准零点WZPl在机床坐标系内的各个坐标值上，从而形成工件坐标系零点，由此降低基准不重合误差对加工质量的影响。例如，在卧式加工中心上加工时，过渡基准零点表示为WZPl，主定位基准零点表示为WZP2表示，机床坐标系零点用MZP表示。在机床B轴转角为180度时，发动机缸体的底面朝向加工中心主轴，当发动机缸体I定位装夹到卧式加工中心的旋转工作台2上后，此时假定过渡基准零点WZPl在加工中心X/Y/Z轴三个方向相对于机床坐标系零点MZP的距离分别为212. 5mm、380mm和_83mm(—般通过对刀工艺获得)，主定位基准零点WZP2机床坐标系中沿X/Y/Z轴三个方向相对于过渡基准零点WZPl的理论距离值AX、A Y和A Z分别为7. 5mm、258mm和383mm (这可以根据发动机缸体的设计图纸获得，由于主定位基准和过渡基准均是设计人员设计的，因此理论距离值是已知，将发动机缸体定位装夹到加工中心的旋转工作平台上，在不考虑装夹误差、过渡基准加工误差等的理想状态下，在机床坐标系内主定位基准零点WZP2机床坐标系中沿X/Y/Z轴三个方向相对于过渡基准零点WZPl的理论距离值AX、AY和A Z均应当是确定的)。各坐标零点之间的位置关系参见图2至图5。假定需要在缸体底面上钻一个孔，孔号为H6001，该孔在X/Y两个方向距离过渡基准零点WZPl分别为-255. 5mm和235mm，孔口在Z方向距离WZPl的距离为383mm。在此情形下，为使得本领域更加深刻地理解本实用新型的技术方案，以下给出具体的加工程序，从中可以明显看出本实用新型采用的加工中心的各个步骤，所述卧式加工中心采用广泛采用的Simens (西门子)数控系统。具体地，带测量补偿加工工艺如下(对于本领域技术人员公知地，下述的加工程序中分号后为具体程序语句的注释语，仅帮助阅读调试程序，并不为加工中心执行)第一，设置检测主定位基准WZP2时的测量坐标系，使得测头检测位置由机床坐标系零点MZP偏移到过渡基准零点WZPl以建立测量坐标系。$P_UIFR[90, X，TR] =212. 5 ；WZP1 与 MZP 在 X 方向相差 212. 5mm $P_UIFR[90, Y，TR] = 380 ； WZPl 与 MZP 在 Y 方向相差 380mm$P_UIFR[90, Z, TR] = -83 ； WZPl 与 MZP 在 Z 方向相差 83mm$P_UIFR[90, B，TR] =0 ； WZPl 与 MZP B 轴角度一致第二，用G590调用所设定的测量坐标系，并在此测量坐标系下编制探测程序。(I)测孔程序段
GO G590 X7.5 Y258；主轴快速移到X7.5 Y258的位置
GO Z=383-10；主轴沿Z轴快速移到销孔A内
MVAR=I SETVAL= 16.30 —KNUM=O —FA=8 MA=O；设置测量参数 CYCLE977；调用Simens标准程序测量销孔中心位置
R305= _OVR[5]；将X坐标赋给变量R305
R306= OVR[6]；将Y坐标赋给变量R306
R307=R305-7.5；将X方向偏差值赋给变量R307
R308=R306-258；将Y方向偏差值赋给变量R308(2)测面程序段
权利要求1.用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其特征在于，所述加工系统包括数控加工设备(5)和用于检测过渡基准零点(WZPl)相对于主定位基准零点(WZP2)在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的实测距离值的检测装置(4)，该检测装置(4)能够将检测信号传输到所述数控加工设备(5)的数控单元。
2.根据权利要求I所述的加工系统，其特征在于，所述数控加工设备(5)为卧式加工中心，所述检测装置为用于安装到所述卧式加工中心的机床主轴(6)上的接触式测头(3)，该接触式测头(3)能够将检测信号无线传输给所述数控加工设备(5)的数控单元。
专利摘要用于箱体或壳体类零件的基准偏差补偿式加工系统，所述箱体或壳体类零件上形成有主定位基准和过渡基准，其中，所述加工系统包括数控加工设备(5)和用于检测过渡基准零点(WZP1)相对于主定位基准零点(WZP2)在所述数控加工设备的机床坐标系中沿X轴、Y轴和Z轴方向的实测距离值的检测装置(4)，该检测装置(4)能够将检测信号传输到所述数控加工设备(5)的数控单元。本实用新型通过补偿过渡基准与主定位基准之间的实际偏差，消除了箱体或壳体类零件加工过程中因基准不统一而产生基准不重合的误差，从而提高了箱体或壳体类零件的加工质量。
文档编号B23Q15/14GK202528009SQ20122006140
公开日2012年11月14日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者孔伟武 申请人:北京福田康明斯发动机有限公司