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1、(10)申请公布号 CN 102266958 A (43)申请公布日 2011.12.07 CN 102266958 A *CN102266958A* (21)申请号 201110188880.6 (22)申请日 2011.07.07 B23B 35/00(2006.01) (71)申请人 上海交通大学 地址 200240 上海市闵行区东川路 800 号 (72)发明人 姚振强 胡永祥 冰峰 张冉冉 徐晓霞 (74)专利代理机构 上海交达专利事务所 31201 代理人 王毓理 (54) 发明名称 基于制孔设备坐标系确定的柔性导轨孔群加 工方法 (57) 摘要 一种机械加工技术领域的基于制孔设备。
2、坐标 系确定的柔性导轨孔群加工方法， 通过计算两个 K 孔连线角度的实际值与预设值的差别， 得到偏 摆角 ， 并对加工代码的坐标系做 - 角坐标变 换， 并设定其中一个 K 孔作为工件零点， 则实现偏 转误差的消除。本发明有利于克服机床坐标系与 工件坐标系存在偏角的系统误差， 实现设备的高 精度、 高效率运作。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 CN 102266964 A1/1 页 2 1. 一种基于制孔设备坐标系确定的柔性导轨孔群加工方法， 其特征在于， 包括以下步 骤 ： 第一步、 确定机。
3、床坐标系 ： 使机床的 X 轴、 Y 轴自动回零， 各机床轴零点确定后， 各轴方 向按照设备本身各轴限制的方向为轴的方向， 此时可以确定机床坐标系 ； 第二步、 辅助孔坐标的确定及数据采集 ： 两个 K 孔为预先规划的工艺孔， 与待加工群孔 相对位置固定， 在加工准备期内测量两个孔在工件上的实际位置， 并记录两孔连线与机床 X 轴的夹角 2 ； 第三步、 消除 C 向偏角误差 ： 通过计算加工代码中的两个 K 孔的连线与编程坐标系中 X 轴的夹角 1， 得到偏摆角 2-1， 即为待调整的工件定位偏角， 通过对加工代码的 坐标系做 - 角坐标变换， 并设定其中一个 K 孔作为工件零点， 则实现偏。
4、转误差的消除。 2. 根据权利要求 1 所述的基于制孔设备坐标系确定的柔性导轨孔群加工方法， 其特征 是， 所述的实际位置是指 ： 以机床的 X 轴、 Y 轴为坐标系的二维坐标。 权 利 要 求 书 CN 102266958 A CN 102266964 A1/3 页 3 基于制孔设备坐标系确定的柔性导轨孔群加工方法 技术领域 0001 本发明涉及的是一种机械加工技术领域的方法， 具体是一种基于制孔设备坐标系 确定的柔性导轨孔群加工方法。 背景技术 0002 现有机械加工通常使用的坐标系为机械坐标系和工件坐标系， 也叫做程序坐标 系。通过在机床的机械坐标系中设有一个固定的参考点 ( 假设为 (。
5、X， Y， Z， B)。这个参考 点的作用主要是用来给机床本身一个定位。因为每次开机后无论刀架停留在哪个位置， 系 统都把当前位置设定为 (0， 0， 0， 0)， 这样势必造成基准的不统一， 所以每次开机的第一步操 作为参考点回归 ( 有的称为回零点 )， 也就是通过确定 (X， Y， Z， B) 来确定原点 (0， 0， 0， 0)。 一般数控机床的原点， 是生产厂家在制造机床时设置的固定坐标系原点， 一般都在坐标系 的极限位置， 也是机床的检测基准。 0003 工件坐标系 (Workpiece Coordinate System) 固定于工件上的笛卡尔坐标系。于 加工工件而使用的坐标系，。
6、 称为工件坐标系。 当工件在机床上固定以后， 工件原点与机床原 点也就有了确定的位置关系， 即两坐标原点的偏差就已确定。这就要测量工件原点与机床 原点之间的距离。这个偏差值通常是由机床操作者在手动操作下， 通过工件测量头或碰刀 的方式测量的。该测量值可以预存在数控系统内或编写在加工程序中， 在加工时工件原点 与机床原点的偏差值便自动加到工件坐标系上， 使数控系统按照机床坐标系确定工件的坐 标值， 实现零件的自动加工。 0004 柔性导轨自动制孔设备是一种主要用于飞机装配制孔的便携式自动化设备。 一般 机身和机翼都有大量的平缓曲面， 将柔性导轨制孔系统直接固定在飞机表面进行制孔， 可 以取代传统。
7、的五轴制孔设备， 具有成本低、 重量轻、 自动化程度高、 使用方便等特点， 广泛应 用于机翼和机身装配的自动制孔。该设备的同类产品， 还可以广泛应用到各类平缓大曲面 的多种加工及检测， 如铣削、 钻削、 焊接、 测量等。 0005 针对柔性导轨设备的特殊性， 即装夹时工件在 XY 平面上不能实现精确定位， 以致 出现 C 方向的转角 ( 绕 Z 轴的转动 )， 需要设计其独特的设置工件坐标系的过程。工件坐标 系 ( 即编程坐标系 ) 的 X 轴和 Y 轴分别与机床坐标系的 X 轴 Y 轴不平行， 因而产生了一个 转角 。 0006 现有技术可以实现对三维坐标系进行补正， 或是根据某种定位基准建。
8、立非标准的 直角坐标系。但是涉及专门应用于飞机蒙皮的柔性制孔， 特别是利用柔性轨道加工群孔的 补正方法暂无任何记载。其中关键的技术， 是在曲面上建立工件坐标系的方法。因此， 建立 一套可行、 易用、 高效的柔性轨道群孔加工方法， 成为飞机装配领域的当务之急。 发明内容 0007 本发明针对现有技术存在的上述不足， 提供一种基于制孔设备坐标系确定的柔性 导轨孔群加工方法， 有利于克服机床坐标系与工件坐标系存在偏角的系统误差， 实现设备 说 明 书 CN 102266958 A CN 102266964 A2/3 页 4 的高精度、 高效率运作。 0008 本发明是通过以下技术方案实现的， 本发明。
9、包括以下步骤 ： 0009 第一步、 确定机床坐标系 ： 使机床的 X 轴、 Y 轴自动回零， 各机床轴零点确定后， 各 轴方向按照设备本身各轴限制的方向为轴的方向， 此时可以确定机床坐标系 ； 0010 第二步、 辅助孔坐标的确定及数据采集 ： 两个 K 孔为预先规划的工艺孔， 与待加工 群孔相对位置固定， 在加工准备期内测量两个孔在工件上的实际位置， 并记录两孔连线与 机床 X 轴的夹角 2。 0011 所述的实际位置是指 ： 以机床的 X 轴、 Y 轴为坐标系的二维坐标 ； 0012 第三步、 消除 C 向偏角误差 ： 通过计算加工代码中的两个 K 孔的连线与编程坐标 系中 X 轴的夹角。
10、 1， 得到偏摆角 2-1， 即为待调整的工件定位偏角， 通过对加工 代码的坐标系做-角坐标变换， 并设定其中一个K孔作为工件零点， 则实现偏转误差的消 除。 0013 与现有技术相比， 本发明的技术优点在于 ： 适用于平缓大表面的群孔加工， 尤其适 用于飞机蒙皮表面的群孔加工。本发明使三维空间的孔定位， 转化为二维平面的群孔定位 问题， 简化了计算步骤， 提高了加工效率。 附图说明 0014 图 1 机床坐标系与工件坐标系关系图。 0015 图 2 实施方案流程图。 具体实施方式 0016 下面对本发明的实施例作详细说明， 本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施， 给出了详细的实施方式。
11、和具体的操作过程， 但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 0017 实施例 0018 如图1所示， 本实施例应用环境包括 ： 工件1和设备加工范围2， 3为与机床硬件相 关的机床坐标系， 4 为与工件相关的工件坐标系， 角的值 5 为偏转角的值， 即 Xm 和 Xp 的 夹角， 6 为待加工的一组群孔， 7 和 8 分别为两个工艺定位 K 孔。 0019 如图 2 所示， 本实施例过程包括 ： 0020 第一步、 各轴回零过程， 确定机床坐标系 ： 使机床的 X 轴、 Y 轴自动回零， 各机床轴 零点确定后， 各轴方向按照设备本身各轴限制的方向为轴的方向， 此时可以确定机床坐标 系 ； 0。
12、021 第二步、 辅助孔坐标的确定及数据采集 ： 两个 K 孔为预先规划的工艺孔， 与待加工 群孔相对位置固定。在加工准备期内， 利用检测设备， 测量两个孔在工件上的实际位置， 并 用变量将其记录。 0022 第三步、 消除 C 向偏角误差 ： 通过计算两个 K 孔连线角度的实际值与预设值的差 别， 得到偏摆角 ， 具体为 ： 根据工艺要求， 为确定待加工群孔的位置， 工件上应具有两个 工艺定位孔， 在数模中与在实际加工中， 这两个工艺孔与待加工群孔的相对位置是严格一 致的。先在数模中 ( 或是加工代码中 ) 算出这两个孔的连线与编程坐标系中 X 轴的夹角 说 明 书 CN 102266958。
13、 A CN 102266964 A3/3 页 5 1 ； 之后在加工准备期内， 测量两个孔在工件上的实际位置， 以求得两孔连线与机床 X 轴 的夹角 2。两者之差 2-1 即为待调整的工件定位偏角。 0023 最后对原始程序坐标系做-角坐标变换， 并设定其中一个K孔作为工件零点。 至 此， 柔性导轨自动制孔设备中机床坐标系和工件坐标系确定完毕， 偏转误差消除。 0024 本发明重点在于柔性导轨制孔设备坐标系确定方法。由于采用了上述技术方案， 使三维空间的孔定位， 转化为二维平面的群孔定位问题， 简化了计算步骤， 提高了加工效 率。 0025 所述的柔性导轨孔群加工方法， 已经应用到飞机专用柔性轨道自动制孔机上， 并 且取得了较好的效果。不仅解决了曲面表面群孔定位问题， 同时也提高了钻孔定位精度。 说 明 书 CN 102266958 A CN 102266964 A1/1 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102266958 A 。