專利名稱：超大構件可移動加工機床的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鉆銑磨綜合自適應定位加工機床，具體涉及一種對超大構件進行 現(xiàn)場加工的超大構件可移動加工機床。
背景技術：
超大構件是指重大科技工程中結(jié)構尺寸超過現(xiàn)有加工設備允許的尺寸上限或超 過現(xiàn)有機床加工能力的大尺寸結(jié)構零件。隨著工業(yè)技術的發(fā)展，重大科技工程設備不斷更 新，高品質(zhì)超大構件的應用場合越來越多。為了提升裝備的質(zhì)量與品質(zhì)，對其中使用超大構 件的制造精度、制造成本和制造周期的要求越來越高。在傳統(tǒng)切削加工過程中，主要采用“定位_加工”方法，即首先根據(jù)工件的設計圖， 確定定位基準，進而設計適應加工該工件的定位卡具。通過卡具建立工件坐標系和機床坐 標系的關系，確定編程坐標系，然后選擇合理的切削用量，建立粗精加工的刀具路徑，編制 數(shù)控程序進行加工。在加工的過程中，工件固定在機床工作臺上，刀架或工作臺在進給機構 的驅(qū)動下，沿導軌移動實現(xiàn)切削加工。傳統(tǒng)加工超大構件的機床主要是大型龍門式數(shù)控機床、大型專用機床，對于一般 單件小批量生產(chǎn)的超大構件來說，這些機床的利用率很低，加工制造成本很高；對于多種類 多規(guī)格的超大構件加工存在一定的局限性，如不同尺寸的超大構件，其加工尺寸可能會超 出這些機床的加工范圍；采用并聯(lián)加工頭的長導軌式機床價格昂貴，且適用范圍不大，僅局 限于航空領域中特定零部件的加工。采用傳統(tǒng)的加工方式加工超大構件，存在很多問題1.加工設備難以滿足。超大構件結(jié)構尺寸超過現(xiàn)有加工設備允許的尺寸上限或超 過現(xiàn)有機床加工能力，無法放置在現(xiàn)有機床的工作臺上，現(xiàn)有的柔性加工系統(tǒng)無法滿足加 工的需要，若為這種單件小批量超大構件專門設計制造一個超大型專用加工設備，其制造 成本將會非常大；2.加工方法難以適合。由于超大構件的尺寸較大、重量較大，無法放置在卡具或 是工作臺上進行定位。利用卡具或工作臺進行定位加工的方法無法滿足超大構件加工的需 要；3.加工精度難以保證?，F(xiàn)有的超大專用加工設備加工超大構件的定位方法主要采 用手動安裝調(diào)整方式實現(xiàn)，其中人為因素及環(huán)境因素引起的加工誤差將會非常大，將會大 大影響加工質(zhì)量。4.加工效率難以保證。為了加工現(xiàn)場安裝的超大構件，傳統(tǒng)方法采用在現(xiàn)場搭建 加工平臺，安裝調(diào)整超大專用加工設備，其安裝時間較長，調(diào)整不靈活，每隔一段時間需要 重新調(diào)整設備，導致加工效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有設備的不足之處，將大尺寸空間測量技術與數(shù)字化制造技術應用到超大構件加工定位中，提供一種新型超大構件可移動加工機床。加工時，超 大構件任意放置在地面上，可移動機床可以沿著大工件進行移動，把超大構件分成若干個 小區(qū)域進行加工，實現(xiàn)“螞蟻啃骨頭式”的超大構件現(xiàn)場加工。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種超大構件可移動加工機床，包括床身、加工頭、 機床移動機構與主機。所述床身采用無工作臺結(jié)構形式，床身下方為開放式結(jié)構，方便機床 放置到工件上。所述的加工頭能實現(xiàn)五軸聯(lián)動的結(jié)構，其直接連接到床身上，采用五軸聯(lián)動 控制。所述的移動機構采用輪式移動結(jié)構，可以沿著大工件移動，包括升降機構及行走機 構，其中所述的升降機構為蝸輪絲桿結(jié)構，與床身的四角相連，所述的行走機構包括電機直 連式減速器及驅(qū)動輪。所述的主機內(nèi)含開放式數(shù)控系統(tǒng)模塊、自適應定位系統(tǒng)模塊及移動 控制模塊。所述的自適應定位系統(tǒng)的目的是通過輸入超大構件的定位測量信息及機床定位 信息，輸出加工所用的數(shù)控程序，包括測量數(shù)據(jù)處理模塊、CAD模型分析模塊、自適應定位模 塊、后置處理模塊、精度評價模塊。上述超大構件可移動加工機床，包括床身、加工頭、移動機構與主機，其特征在于 經(jīng)過激光跟蹤測量儀器現(xiàn)場測量毛坯件在測量坐標系中的位置與姿態(tài)，建立工件坐標系， 并在工件坐標系中將加工區(qū)域進行分割，并生成局部區(qū)域的刀具路徑；并測量出放置在局 部加工區(qū)域中機床的位置與姿態(tài)，并建立機床坐標系；通過坐標變換建立工件坐標系與機 床坐標系之間的關系，將工件坐標系中的局部區(qū)域刀具路徑變換到機床坐標系中，生成數(shù) 控程序進行加工。該區(qū)域加工完成后，移動機床到另外一個局部區(qū)域并固定，測量機床的位 置與姿態(tài)，建立機床坐標系；通過變換矩陣將工件坐標系中的局部刀具路徑變換到機床坐 標系中，生成數(shù)控程序進行加工。反復“移動機床-測量機床坐標系_自適應定位-加工” 的步驟，最終實現(xiàn)超大構件整體加工。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有如下優(yōu)點1、加工定位時不需要卡具，其加工參數(shù)由工藝系統(tǒng)直接優(yōu)化，加工程序能夠自動 生成，因而能縮短機床設計周期、降低機床的制造成本，同時能縮短加工定位時間；2、加工范圍不受限制，可以根據(jù)同一類超大構件的不同結(jié)構形式，方便快捷地重 組機床，非常適合超大構件的單件小批量生產(chǎn)要求；3、加工精度不受機床導軌精度和卡具精度的影響，主要取決于測量精度、計算精 度，及該發(fā)明自身的精度，由于目前大范圍測量精度可以達到很高，因此，能在一定程度上 提高工件的加工精度。4、工件在加工過程中固定不動，該發(fā)明在加工過程中自適應地加工超大構件，在 每個加工區(qū)域內(nèi)，只需對該發(fā)明進行簡單測量定位即可完成工件的定位，加工準備時間短。 加工工藝參數(shù)在工藝系統(tǒng)中自動優(yōu)化，加工程序可自動生成，可以提高加工效率。5、傳統(tǒng)機床一般都在車間里使用，不具備在裝配現(xiàn)場加工的能力，該發(fā)明采用新 型可移動結(jié)構，擁有現(xiàn)場加工的能力。


圖1為本發(fā)明超大構件可移動加工機床的結(jié)構示意圖1-開放式床身；2-主機； 3-升降機構；4-行走機構；5-調(diào)整墊鐵；6-超大構件；7-行走電機；8-行程開關；9-升降 電機；10-控制柜；11-加工頭；
圖2為本發(fā)明加工超大構件原理示意圖12_激光測量儀器；13-超大構件毛坯； 14-超大構件CAD模型；15-理論刀具路徑2 ； 16-實際刀具路徑2 ；17-理論刀具路徑1 ； 18-實際刀具路徑1 ； 19-超大構件可移動加工機床；圖3為自適應定位原理框圖20_測量數(shù)據(jù)處理模塊；21-自適應定位模塊；22-開 放式數(shù)控系統(tǒng)；23-移動機構控制系統(tǒng)；24-后置處理模塊；25-CAD模型分析模塊；26-精度 分析模塊。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明參照圖1所示，是本發(fā)明超大構件可移動加工機床的結(jié)構示意圖，其包括有開放 式結(jié)構床身1、移動機構、加工頭11、主機2。所述的移動機構包括升降機構3及行走機構 4，其中升降機構3連接在開放式結(jié)構床身1的四腳上，采用蝸輪絲桿結(jié)構實現(xiàn)機床的升起 與降落，行走機構4包括上軸承座、下軸承座、輪輞、輪轂、驅(qū)動軸、深溝球軸承和實心橡膠 輪胎，上軸承座上面與升降機構固定連接，下面與兩個下軸承座固定連接，驅(qū)動軸設在軸承 座內(nèi)，中間設有深溝球軸承，驅(qū)動軸與輪轂固定連接，輪轂與輪輞固定連接，輪輞與橡膠輪 胎壓配一起，軸承座外側(cè)與減速器固定連接，驅(qū)動軸伸出端直接連接減速器的輸出空心軸。 還具有控制柜10，對超大構件6的加工進行控制。參考圖1所示，是本發(fā)明超大構件可移動加工機床的結(jié)構示意圖，其移動方式如 下。同時啟動升降機構3四個電機9，電機9驅(qū)動蝸輪絲桿推著行走機構4，把機床頂升起 來，頂升設定高度后，通過行程開關8對升降電機9進行制動，完成機床起升。然后對啟動 行走機構3的兩個電機7，電機7驅(qū)動減速器，減速器直接聯(lián)著驅(qū)動輪，使驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn) 機床的移動行走，并可以用變頻器控制行走電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)差速轉(zhuǎn)向。機床移動到預設位 置時，停止行走機構電機7，接著啟動升降電機9，使電機蝸輪絲桿拉動行走機構4，把床身1 平穩(wěn)的放在地面上，螺桿移動預設行程后，經(jīng)行程開關8將升降電機9制動。然后調(diào)整墊鐵 5使機床腿與地面緊密貼合。參照圖1、圖2所示，是本發(fā)明超大構件可移動加工機床加工超大構件的原理圖。 加工前首先采用激光測量儀12測量空間中固定的參考點建立世界坐標系World，或直接以 測量坐標系為世界坐標系World，在該坐標系內(nèi)建立CAD模型14，并在CAD模型14中分割 加工區(qū)域，規(guī)劃每個子加工區(qū)域的刀具路徑15、16。然后在世界坐標系World中測量毛坯 件13的特征(如法蘭面及內(nèi)外圓柱面)，計算CAD模型14到毛坯的坐標變換關系M。通過 M可以將所有子加工區(qū)域刀具路徑15與17變換到毛坯件13中，變換后的刀具路徑16與 18為實際的刀具路徑。將超大構件可移動加工機床19移動至第一個子加工區(qū)域，并安裝 固定在地面或毛坯13上，測量機床坐標系在世界坐標系World中的位姿，確定機床19與工 件13的位置關系。而后將變換后的實際刀具路徑18變換到機床坐標系中，通過后處理程 序?qū)C床坐標系中的刀具路徑生成數(shù)控程序，進行加工。后處理過程中不僅要處理刀具路 徑的點坐標，還應處理刀具路徑點處的法向量，以確定加工刀具的擺角。在第一個區(qū)域加工 完成后，移動機床19到下一個區(qū)域，并安裝固定在地面或毛坯13上，測量機床坐標系在世 界坐標系World中的位姿，重新確定機床19與工件13的位置關系，將變換后的實際刀具路 徑17變換到機床坐標系中，通過后處理將機床坐標系中的刀具路徑生成數(shù)控程序，進行加工。這樣，可移動機床19沿著超大構件13不斷地“移動-固定-自適應定位-加工”，最終 完成超大構件的整體加工。 參考圖1、圖3所示，超大構件可移動加工機床中的主機內(nèi)含有測量數(shù)據(jù)處理模塊 20、CAD模型分析模塊25、自適應定位模塊21、后置處理模塊24、精度評價模塊26、移動控 制模塊23及開放式數(shù)控系統(tǒng)22。
權利要求
一種超大構件可移動加工機床，包括有開放式結(jié)構床身(1)、移動機構、加工頭(11)、主機(2)，所述床身(1)采用無工作臺結(jié)構形式，床身下方為開放式結(jié)構，所述加工頭(11)連接到床身上，采用五軸聯(lián)動控制，所述的移動機構包括升降機構(3)及行走機構(4)，其中所述升降機構(3)為蝸輪絲桿結(jié)構，與床身的四角相連，所述的行走機構(4)包括電機直連式減速器及驅(qū)動輪，所述的主機內(nèi)具有開放式數(shù)控系統(tǒng)、自適應定位系統(tǒng)模塊及移動機構控制系統(tǒng)，其特征在于，所述升降機構(3)連接在開放式結(jié)構床身(1)的四腳上，采用蝸輪絲桿結(jié)構實現(xiàn)機床的升起與降落，行走機構(4)包括上軸承座、下軸承座、輪輞、輪轂、驅(qū)動軸、深溝球軸承和實心橡膠輪胎，上軸承座上面與升降機構固定連接，下面與兩個下軸承座固定連接，驅(qū)動軸設在軸承座內(nèi)，中間設有深溝球軸承，驅(qū)動軸與輪轂固定連接，輪轂與輪輞固定連接，輪輞與橡膠輪胎壓配一起，軸承座外側(cè)與減速器固定連接，驅(qū)動軸伸出端直接連接減速器的輸出空心軸。
2.根據(jù)權利要求1所述的超大構件可移動加工機床，其特征在于所述主機(2)通過開 放式數(shù)控系統(tǒng)控制加工頭及移動機構，該系統(tǒng)通過機床位姿測量數(shù)據(jù)自動生成數(shù)控程序。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械自動化加工技術領域，特別是指一種重大科技工程中單件小批、體積大、重量大的超大構件的鉆銑磨加工設備，該設備采用模塊化結(jié)構設計，加工時首先移動機床到超大構件的一個加工區(qū)域，機床固定定位后完成加工，然后在分別移動到其余未加工區(qū)域進行加工，最終通過子區(qū)域的加工拼接完成超大構件的整體加工。該發(fā)明兼有移動機器人靈活及機床精度高剛度好的優(yōu)點，可以用于工程實際應用中，滿足超大構件現(xiàn)場加工的要求，大大降低超大構件加工的生產(chǎn)成本，縮短加工制造準備時間。
文檔編號B23Q1/25GK101890643SQ20101022593
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優(yōu)先權日2010年7月14日
發(fā)明者周亮, 姚英學, 武加鋒, 高棟 申請人:哈爾濱工業(yè)大學