一种对偶小孔精密加工方法
【专利摘要】本发明一种对偶小孔精密加工方法属于小孔加工领域，特别涉及一种对偶小孔精密加工方法。该方法中，先将工件装夹在五坐标数控钻削机床的回转工作台上，数控加工对偶小孔的第一个孔，采用接触式测头在机分层检测第一个孔的实际内廓形，采用最小二乘法计算第一个孔的实际轴线，按照对撞点的设计参数要求，反算出第二个孔的入钻点坐标，并重新生成第二个孔的数控加工程序，自动完成第二个孔的加工。本发明基于测量-加工一体化策略，在工件一次装卡下完成对偶小孔的廓形测量、数据处理、孔加工，能够满足不同直径、不同倾角对偶小孔对撞精度的加工要求，加工效率高、精度一致性好，通过加工误差在对撞点处“归零”处理，实现了对偶小孔精密加工。
【专利说明】一种对偶小孔精密加工方法
【技术领域】
[0001]本发明属于小孔加工领域，特别涉及一种对偶小孔精密加工方法。
【背景技术】
[0002]随着航天装备服役性能的不断提升，对液体火箭发动机的制造质量提出了更高的要求。喷注器盘是大型液体火箭发动机的关键件之一，也是难加工零件。喷注器盘上设计有不同直径尺寸的数百对小孔，组成孔阵，以实现燃烧剂和氧化剂高压喷出后高速对撞、快速雾化，并形成一个稳定的燃烧面。为保证雾化效果、介质燃烧稳定，对偶小孔的对撞精度至关重要，要求加工后两对偶孔的实际轴线应相交于某特定的空间位置，进而多个对耦小孔轴线的空间交点可形成一个对撞面。因此，对偶小孔的加工尤其需要保证对撞点的空间位置精度。该类小孔具有如下加工难点:孔直径lmm-3mm、斜孔、不锈钢和钛合金等材料难加工、对撞点的空间位置精度高等。那么，采用通用数控钻床，按照对偶小孔的原始设计进行单纯的数控加工，即使单个孔的加工误差能控制在公差范围内，由于两个孔的加工误差在对撞点处积聚，导致对偶小孔的对撞精度仍将无法达到设计要求。因此，如何精密保证喷注盘对偶小孔的对撞精度已成为大型液体火箭发动机喷注器盘制造过程中迫切需要解决的关键问题之一。
[0003]2003年，游健民在《火箭推进》第29卷第3期发表文章《喷注器盘的小孔加工》中介绍了一种火箭发动机喷注器盘对偶小孔手动钻削方法，即按照图纸设计对对偶孔中的单个孔分别加工，加工过程中的倾角调整、孔分度以及钻削进给均由人工操作机床完成。该工艺方法严重依赖于操作者的加工经验，加工效率低、精度一致性差。2009年，黄立德主编的《液体弹道导弹与运载火箭系列一发动机制造技术》第I版第3次印刷的丛书中指出喷注器盘小孔数控钻削方法具有适应性强、机床精度高、操作方便、加工自动化程度高等优点，但仍仅面向单个倾斜小孔的加工。另外，国内外学者和机构发展了一些微/小孔特种加工方法，如振动钻削、电火花加工、激光加工等，大多针对直孔型微/小孔的加工，尚未提及对偶小孔的加工方法和精度保障技术。
【发明内容】
[0004]本发明主要解决的技术问题是克服上述传统加工方法的不足，针对对偶小孔加工过程中因加工误差终端积聚导致的对撞点空间位置精度难以保证的难题，发明了一种对偶小孔精密加工方法。该方法基于测量-加工一体化策略对一种对偶小孔进行精密加工，力口工工艺柔性好、自动化程度高。根据已加工出的第一个孔的实际轴线，按照对撞点的设计参数要求，反算第二个孔的待加工位置，重新生成第二个孔的加工程序，实现了加工误差在对撞点处“归零”，保证了对偶小孔的对撞精度。孔内廓形接触式分层在机检测，采用最小二乘方法计算实际轴线，降低了测量误差对计算结果的影响，提高了计算精度。并且，在统一基准条件下完成了测量与加工数据转换，数据处理效率高。在工件一次装卡下完成对偶小孔的廓形测量、数据处理、孔加工，能够满足不同直径尺寸、不同倾斜角度对偶小孔对撞精度的加工要求，加工效率高、精度一致性好，实现了对偶小孔精密加工。
[0005]本发明采用的技术方案是一种对偶小孔精密加工方法，该方法先将工件装夹在五坐标数控钻削机床的回转工作台上，按照原始设计数控加工对偶小孔的第一个孔，然后，采用接触式测头在机分层检测第一个孔的实际内廓形，采用最小二乘方法计算第一个孔实际轴线，按照对撞点的设计参数要求，反算出第二个孔的加工位置，并重新生成第二个孔的数控加工程序，自动完成加工。
[0006]对偶小孔精密加工方法的具体步骤如下:
[0007]第一步工件装夹
[0008]将工件2放置在回转工作台I上，并调整工件2与回转工作台I同轴，四个带螺栓的压板3均布于回转工作台I上，压板3压紧工件2，完成装夹。
[0009]第 二步加工对偶小孔的第一个孔a
[0010](I)回转工作台I将参考基面c调至水平，钻头4快速移动至第一个孔a的加工参考点Q2，钻头4中心线与参考基面c的交点即为第一个孔a的入钻点Q3，且第一个孔a的入钻点Q3距离工件回转中心O的距离为R。
[0011](2)回转工作台I绕A轴正向旋转第一个孔a的倾角α，调整第一个孔a轴线至竖直状态，钻头4沿Y轴平移Hsin (_ α )，其中H为A轴回转时参考基面c的偏置距离，sin(_a )表示角度-α的正弦值。
[0012](3)钻头4沿Z轴作一维直线进给运动，到达钻削深度后，退刀至第一个孔a的加工参考点Q2,自动完成第一个孔a的数控加工。
[0013]第三步接触式分层在机检测第一个孔a的内廓形
[0014](I)卸掉钻头4，安装接触式测头5，转换至测量模式；在第一个孔a轴线方向上等距选取5个测量层，每个测量层选定4个周向均布的待测点；
[0015](2)接触式测头5沿Z轴由测量参考点Q4平移至第一测量层L1的位置Z1 ;接触式测头5沿X轴正向慢速运动，触碰第一个孔a的内壁后自动原路返回，采集系统自动记录触发时刻第一测量层L1的第I个待测点坐标P11 (X111Y11)0
[0016](3)接着，按照操作步(2)的检测过程，接触式测头5分别检测Y轴负向、X轴负向和Y轴正向的待测点，得第一测量层L1上的其余3个待测点坐标分别为P12 (x12, y12)、P13
(X13， 丫13)、Pl4 (xi4，yi4)。
[0017](4)完成第一测量层L1各点检测后，接触式测头5依次运动至第i测量层Li位置Zi (i=2，3，4，5)，重复操作步(2)和操作步(3)的检测过程，获得各测量层的测点坐标PiJ(Xij, Yij) (i=2,…，5 ； j=l,…，4),完成第一个孔a在机接触式分层检测。
[0018]第四步基于最小二乘法计算第一个孔a的实际轴线
[0019](I)在第一测量层L1的测量点集{Plj; j=l,…，4}中任意取出三个测量点计算三点组成圆的圆心坐标，存在4种可选组合，则可计算出4组圆心坐标，取平均后作为第一测量层L1的圆心坐标；首先选择第I组数据{Pn，P12，P13}计算第I个的圆心坐标(Xn，Y11),计算公式为，[0020]
【权利要求】
1.一种对偶小孔精密加工方法，其特征在于，精密加工方法中，先将工件装夹在五坐标数控钻削机床的回转工作台上，按照原始设计数控加工对偶小孔的第一个孔，然后，采用接触式测头在机分层检测第一个孔的实际内廓形，采用最小二乘法计算第一个孔的实际轴线，按照对撞点的设计参数要求，反算出第二个孔的入钻点坐标，并重新生成第二个孔的数控加工程序，自动完成第二个孔的加工；对偶小孔精密加工方法的具体步骤如下: 第一步工件装夹 将工件(2 )放置在回转工作台(I)上，并调整工件(2 )与回转工作台(I)同轴，四个带螺栓的压板(3)均布于回转工作台(I)上，压板(3)压紧工件(2)，完成装夹； 第二步加工对偶小孔的第一个孔(a) (1)回转工作台(I)将参考基面(c)调至水平，钻头(4)快速移动至第一个孔(a)的加工参考点(Q2)，钻头(4)中心线与参考基面(c)的交点即为第一个孔(a)的入钻点(Q3)，且第一个孔(a)的入钻点(Q3)距离工件回转中心O的距离为R ； (2)回转工作台(I)绕A轴正向旋转第一个孔(a)的倾角(α)，调整第一个孔(a)轴线至竖直状态，钻头(4)沿Y轴平移Hsin (_ α )，其中H为A轴回转时参考基面(C)的偏置距离，sin(_α )表示角度-α的正弦值； (3)钻头(4)沿Z轴作一维直线进给运动，到达钻削深度后，退刀至第一个孔(a)的加工参考点(Q2),自动完成第一个孔(a)的数控加工； 第三步接触式分层在机检测第一个孔(a)内廓形 (1)卸掉钻头(4)，安装接触式测头(5)，转换至测量模式；在第一个孔(a)轴线方向上等距选取5个测量层，每个测量层选定4个周向均布的待测点； (2)接触式测头(5)沿Z轴由测量参考点(Q4)移动至第一测量层(L1)的位置Z1;接触式测头(5)沿X轴正向慢速运动，触碰第一个孔(a)的内壁后自动原路返回，采集系统自动记录触发时刻第一测量层(L1)的第I个待测点坐标P11 (Xη,Yη)； (3)接着，按照操作步(2)的检测过程，接触式测头(5)分别检测Y轴负向、X轴负向和Y轴正向的待测点，得第一测量层(L1)上的其余3个待测点坐标分别为P12 (x12, y12)、P13(X13， Y13)、Pl4 (xi4，yi4); (4)完成第一测量层(L1)各点检测后，接触式测头(5)依次运动至第i测量层(Li)位置冗1 (i=2，3，4，5)， 重复操作步(2)和操作步(3)的检测过程，获得各测量层的测点坐标PiJ(Xij, Yij) (i=2,…，5 ； j=l,…，4),完成第一个孔(a)在机接触式分层检测； 第四步基于最小二乘法计算第一个孔(a)的实际轴线 (I)在第一测量层(L1)的测量点集中任意取出三个测量点计算三点组成圆的圆心坐标，存在4种可选组合，则可计算出4组圆心坐标，取平均后作为第一测量层(L1)的圆心坐标；首先选择第I组数据{Pn，P12，P13}计算第I个的圆心坐标(Xn，Y11),计算公式为，
【文档编号】B23B35/00GK103909283SQ201410127110
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】刘海波, 王永青, 贾振元, 董江华, 卢博, 薄其乐, 王福吉 申请人:大连理工大学