一种大直径薄壁箱体的球冠面箱底泡沫塑料等厚加工装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种大直径薄壁箱体的球冠面箱底泡沫塑料等厚加工装置及方法，用 于大直径薄壁箱体的球冠面箱底泡沫塑料的数控仿型等厚加工，实现箱底球冠面喷涂的泡 沫塑料等厚加工，以满足对喷涂在箱底球冠面泡沫塑料等厚度的要求。
【背景技术】
[0002] 薄壁箱体由金属板材拼焊制成，几何尺寸较大（直径约Φ 2m~Φ 5m，长度约3m~ 20m)。箱体由两底和圆柱段组成，两底为外凸的球冠面，圆柱段为光滑表面。在两底球冠外 表面喷涂一层泡沫塑料，由于喷涂泡沫塑料工艺特点，喷涂后的泡沫表面凹凸且不平滑，厚 度在40mm~80mm之间。薄壁箱体的技术条件要求两底泡沫塑料平均厚度为35 1丨mm，且 不允许存在局部泡沫塑料厚度小于30_的区域。
[0003] 薄壁箱体的箱底理论曲面为球冠面，因焊接成形过程中存在较大变形，箱底球冠 面需按自由曲面处理。箱底外表面有多处55mmX 20mm大小的长方形凸起，高度与加工后的 泡沫塑料齐平；并且有多处高于泡沫塑料表面的圆柱形凸起，最大尺寸Φ600Χ200πιπι。
[0004] 目前，操作工人使用自制刀具手工片削的方式对箱底喷涂后的泡沫塑料进行等厚 手工修型，加工效率低，劳动强度大。要实现对泡沫等厚度及表面光洁度的质量要求，对操 作工人的技术水平提出了相当高的要求。为提高等厚度加工效率和表面质量，提出采用本 发明加工方法，对薄壁箱体两底的球冠面泡沫塑料采用数控仿型等厚加工，国内外还未见 到解决此问题的报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种大直径薄壁箱体的球冠 面箱底泡沫塑料等厚加工装置及方法，解决大直径薄壁箱体球冠面箱底的泡沫塑料数控仿 型等厚加工问题。
[0006] 本发明解决其技术问题的技术方案：一种大直径薄壁箱体的球冠面箱底泡沫塑料 等厚加工装置，包括：旋转定位环、箱体支撑旋转定位装置、三轴数控加工设备、数控系统、 球冠面箱底金属表面形貌数据测量系统、计算机系统、数据采集模块、数据预处理模块和数 控加工软件CAD/CAM模块，数据采集模块嵌入在数控系统中，数据预处理模块和数控加工 软件CAD/CAM模块嵌入在计算机系统中；旋转定位环成对使用，分别安装在大直径薄壁箱 体的柱段两端，作为安装和旋转定位的基准；将安装好旋转定位环的大直径薄壁箱体吊运 至箱体支撑旋转定位装置上，由箱体支撑旋转定位装置驱动大直径薄壁箱体转动；球冠面 箱底金属表面形貌数据测量系统包括测距传感器及固定装置，测距传感器通过固定装置安 装在三轴数控加工设备的主轴前端，测距传感器与主轴一起以大直径薄壁箱体的球冠面箱 底中心的同心圆为轨迹旋转，数据采集模块采集测距传感器测量的同心圆上球冠面金属表 面形貌特征数据；数控系统将球冠面金属表面形貌特征数据传至计算机系统；在此期间， 将球冠面箱底喷涂泡沫塑料；计算机系统中的数据预处理模块将球冠面金属表面形貌特征 数据进行预处理后，再通过数控加工软件CAD/CAM模块中的CAD软件逆向成型，呈现球冠面 金属表面模型，然后由CAM生成等厚加工程序；计算机再将等厚加工程序代码传送给数控 系统，由数控系统控制三轴数控加工设备自动实现对球冠面箱底的泡沫塑料等厚加工。
[0007] 所述数据预处理模块中预处理包括滤波处理，即球冠面金属表面形貌特征数据中 的噪声数据包括测量噪声数据，对上述噪声数据经滤波处理后剔除凸起数据并平滑为新的 数据；同时将球冠面金属表面形貌特征数据中的凸起物数据也按照上述噪声数据进行相应 处理，即剔除凸起数据并平滑为新的数据。
[0008] 所述噪声数据滤波处理后剔除凸起数据并平滑为新的数据具体过程为：根据球冠 面金属表面形貌特征数据中的噪声数据采用圆率法进行光顺处理，光顺处理分为初光顺和 精光顺；初光顺是使得球冠面金属表面初步光滑；精光顺是使球冠面金属表面在初光顺的 基础上再进一步光滑；并将光顺处理后的球冠面金属表面形貌特征数据进行存储。
[0009] 所述数控加工软件CAD/CAM模块中CAD软件逆向成型，呈现球冠面金属表面模型， 具体实现过程如下：
[0010] (1)读入预处理后的球冠面金属表面形貌特征数据，生成球冠面金属表面各个截 面线，将各截面线光滑过渡，并保证各段截面线的连续，得到一组空间曲线；
[0011] (2)将空间曲线生成曲面，得到球冠面金属表面的曲面形状，再进行凸起物叠加， 因凸起物的大小、形状不同，采用包络圆柱体替代凸起物，根据包络圆柱体的直径、高度与 位置数据进行实体造型，将凸起物添加到曲面上，呈现球冠面金属表面模型。
[0012] 所述数控加工软件CAD/CAM模块中CAM生成等厚加工程序，具体实现过程如下：根 据球冠面金属表面模型的曲面，使刀具切削点在切削过程中形成的包络面与球冠面金属表 面的曲面等距加工，形成等厚加工程序。
[0013] 为了防止刀具切削点触碰到球冠面金属表面，在实际加工之前，对生成等厚加工 程序在计算机屏幕上进行仿真模拟数据加工试验，模拟数控加工试验过程，观察刀具是否 会与球冠面金属表面和球冠面金属表面上的凸起物发生碰撞，如果有碰撞，修改刀具抬刀 高度，直至无碰撞发生，最后，将仿真无误的数控程序输入数控系统准备加工。
[0014] 所述数控系统将球冠面金属表面的形貌特征数据通过网络传输至计算机系统；计 算机系统再将等厚加工程序代码通过以太网传送给数控系统。
[0015] 将空间曲线生成曲面时，由于每条曲线的节点很多，曲面生成的速度可能很慢，为 解决此问题，取每个球冠面金属表面的截面上插值点的数量一致，且分布均匀。
[0016] 所述的测距传感器为高精度即10微米激光测距传感器。
[0017] 一种大直径薄壁箱体的球冠面箱底泡沫塑料等厚加工方法，实现步骤如下：
[0018] 第一步：箱体安装与定位：旋转环成对使用，采取定位方式分别安装在箱体的两 端；将安装好旋转环的箱体吊运至箱体支撑旋转装置上，使旋转环与驱动支撑轮完全接触， 并被支撑轮支撑及定位；通过驱动支撑轮与旋转环的摩擦驱动，来实现箱体的分度转动以 及定位；
[0019] 第二步：球冠面箱底金属表面形貌数据测量系统包括测距传感器及固定装置，测 距传感器通过固定装置安装在三轴数控加工设备的主轴前端，测距传感器与主轴一起以大 直径薄壁箱体的球冠面箱底中心的同心圆为轨迹旋转，数据采集模块采集测距传感器测量 的同心圆上球冠面金属表面形貌特征数据
[0020] 第三步：数控系统将球冠面金属表面形貌特征数据传至计算机系统；在此期间， 箱体进入泡沫塑料喷涂工位，将球冠面箱底喷涂泡沫塑料；计算机系统中的数据预处理模 块将球冠面金属表面形貌特征数据进行预处理后。
[0021] 第四步：预处理后的球冠面金属表面形貌特征数据，再通过数控加工软件CAD/ CAM模块进行逆向成型，呈现球冠面金属表面的表面模型，生成等厚加工程序，在计算机上 模拟数控加工过程，观察刀具是否会与箱体上的凸起物发生碰撞，如果有碰撞，修改刀具抬 刀高度，直至无碰撞发生；
[0022] 第五步：计算机再将等厚加工程序代码传送给数控系统；
[0023] 第六步：由数控系统控制三轴数控加工设备自动实现对球冠面箱底的泡沫塑料等 厚加工。
[0024] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0025] (1)本发明实现了大直径球冠面箱底喷涂的泡沫塑料数控仿型等厚加工，以满足 对喷涂在箱底球冠面泡沫塑料等厚度的要求。本发明中从"箱体安装旋转环"到"箱底泡沫 塑料数控等厚仿型加工"过程，满足大直径薄壁箱体的技术条件要求和工艺施工的需要，有 效地解决了对大型薄壁箱体两底的球冠面泡沫塑料数控仿型等厚加工的