一種大直徑薄壁箱體的球冠面箱底泡沫塑料等厚加工裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種大直徑薄壁箱體的球冠面箱底泡沫塑料等厚加工裝置及方法，用 于大直徑薄壁箱體的球冠面箱底泡沫塑料的數(shù)控仿型等厚加工，實現(xiàn)箱底球冠面噴涂的泡 沫塑料等厚加工，以滿足對噴涂在箱底球冠面泡沫塑料等厚度的要求。
【背景技術(shù)】
[0002] 薄壁箱體由金屬板材拼焊制成，幾何尺寸較大（直徑約Φ 2m~Φ 5m，長度約3m~ 20m)。箱體由兩底和圓柱段組成，兩底為外凸的球冠面，圓柱段為光滑表面。在兩底球冠外 表面噴涂一層泡沫塑料，由于噴涂泡沫塑料工藝特點，噴涂后的泡沫表面凹凸且不平滑，厚 度在40mm~80mm之間。薄壁箱體的技術(shù)條件要求兩底泡沫塑料平均厚度為35 1丨mm，且 不允許存在局部泡沫塑料厚度小于30_的區(qū)域。
[0003] 薄壁箱體的箱底理論曲面為球冠面，因焊接成形過程中存在較大變形，箱底球冠 面需按自由曲面處理。箱底外表面有多處55mmX 20mm大小的長方形凸起，高度與加工后的 泡沫塑料齊平；并且有多處高于泡沫塑料表面的圓柱形凸起，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對箱底噴涂后的泡沫塑料進行等厚 手工修型，加工效率低，勞動強度大。要實現(xiàn)對泡沫等厚度及表面光潔度的質(zhì)量要求，對操 作工人的技術(shù)水平提出了相當高的要求。為提高等厚度加工效率和表面質(zhì)量，提出采用本 發(fā)明加工方法，對薄壁箱體兩底的球冠面泡沫塑料采用數(shù)控仿型等厚加工，國內(nèi)外還未見 到解決此問題的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種大直徑薄壁箱體的球冠 面箱底泡沫塑料等厚加工裝置及方法，解決大直徑薄壁箱體球冠面箱底的泡沫塑料數(shù)控仿 型等厚加工問題。
[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題的技術(shù)方案：一種大直徑薄壁箱體的球冠面箱底泡沫塑料 等厚加工裝置，包括：旋轉(zhuǎn)定位環(huán)、箱體支撐旋轉(zhuǎn)定位裝置、三軸數(shù)控加工設(shè)備、數(shù)控系統(tǒng)、 球冠面箱底金屬表面形貌數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和數(shù) 控加工軟件CAD/CAM模塊，數(shù)據(jù)采集模塊嵌入在數(shù)控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊和數(shù)控加工 軟件CAD/CAM模塊嵌入在計算機系統(tǒng)中；旋轉(zhuǎn)定位環(huán)成對使用，分別安裝在大直徑薄壁箱 體的柱段兩端，作為安裝和旋轉(zhuǎn)定位的基準；將安裝好旋轉(zhuǎn)定位環(huán)的大直徑薄壁箱體吊運 至箱體支撐旋轉(zhuǎn)定位裝置上，由箱體支撐旋轉(zhuǎn)定位裝置驅(qū)動大直徑薄壁箱體轉(zhuǎn)動；球冠面 箱底金屬表面形貌數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)包括測距傳感器及固定裝置，測距傳感器通過固定裝置安 裝在三軸數(shù)控加工設(shè)備的主軸前端，測距傳感器與主軸一起以大直徑薄壁箱體的球冠面箱 底中心的同心圓為軌跡旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)采集模塊采集測距傳感器測量的同心圓上球冠面金屬表 面形貌特征數(shù)據(jù)；數(shù)控系統(tǒng)將球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)傳至計算機系統(tǒng)；在此期間， 將球冠面箱底噴涂泡沫塑料；計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊將球冠面金屬表面形貌特征 數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后，再通過數(shù)控加工軟件CAD/CAM模塊中的CAD軟件逆向成型，呈現(xiàn)球冠面 金屬表面模型，然后由CAM生成等厚加工程序；計算機再將等厚加工程序代碼傳送給數(shù)控 系統(tǒng)，由數(shù)控系統(tǒng)控制三軸數(shù)控加工設(shè)備自動實現(xiàn)對球冠面箱底的泡沫塑料等厚加工。
[0007] 所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊中預(yù)處理包括濾波處理，即球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)中 的噪聲數(shù)據(jù)包括測量噪聲數(shù)據(jù)，對上述噪聲數(shù)據(jù)經(jīng)濾波處理后剔除凸起數(shù)據(jù)并平滑為新的 數(shù)據(jù)；同時將球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)中的凸起物數(shù)據(jù)也按照上述噪聲數(shù)據(jù)進行相應(yīng) 處理，即剔除凸起數(shù)據(jù)并平滑為新的數(shù)據(jù)。
[0008] 所述噪聲數(shù)據(jù)濾波處理后剔除凸起數(shù)據(jù)并平滑為新的數(shù)據(jù)具體過程為：根據(jù)球冠 面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)中的噪聲數(shù)據(jù)采用圓率法進行光順處理，光順處理分為初光順和 精光順；初光順是使得球冠面金屬表面初步光滑；精光順是使球冠面金屬表面在初光順的 基礎(chǔ)上再進一步光滑；并將光順處理后的球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)進行存儲。
[0009] 所述數(shù)控加工軟件CAD/CAM模塊中CAD軟件逆向成型，呈現(xiàn)球冠面金屬表面模型， 具體實現(xiàn)過程如下：
[0010] (1)讀入預(yù)處理后的球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)，生成球冠面金屬表面各個截 面線，將各截面線光滑過渡，并保證各段截面線的連續(xù)，得到一組空間曲線；
[0011] (2)將空間曲線生成曲面，得到球冠面金屬表面的曲面形狀，再進行凸起物疊加， 因凸起物的大小、形狀不同，采用包絡(luò)圓柱體替代凸起物，根據(jù)包絡(luò)圓柱體的直徑、高度與 位置數(shù)據(jù)進行實體造型，將凸起物添加到曲面上，呈現(xiàn)球冠面金屬表面模型。
[0012] 所述數(shù)控加工軟件CAD/CAM模塊中CAM生成等厚加工程序，具體實現(xiàn)過程如下：根 據(jù)球冠面金屬表面模型的曲面，使刀具切削點在切削過程中形成的包絡(luò)面與球冠面金屬表 面的曲面等距加工，形成等厚加工程序。
[0013] 為了防止刀具切削點觸碰到球冠面金屬表面，在實際加工之前，對生成等厚加工 程序在計算機屏幕上進行仿真模擬數(shù)據(jù)加工試驗，模擬數(shù)控加工試驗過程，觀察刀具是否 會與球冠面金屬表面和球冠面金屬表面上的凸起物發(fā)生碰撞，如果有碰撞，修改刀具抬刀 高度，直至無碰撞發(fā)生，最后，將仿真無誤的數(shù)控程序輸入數(shù)控系統(tǒng)準備加工。
[0014] 所述數(shù)控系統(tǒng)將球冠面金屬表面的形貌特征數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至計算機系統(tǒng)；計 算機系統(tǒng)再將等厚加工程序代碼通過以太網(wǎng)傳送給數(shù)控系統(tǒng)。
[0015] 將空間曲線生成曲面時，由于每條曲線的節(jié)點很多，曲面生成的速度可能很慢，為 解決此問題，取每個球冠面金屬表面的截面上插值點的數(shù)量一致，且分布均勻。
[0016] 所述的測距傳感器為高精度即10微米激光測距傳感器。
[0017] 一種大直徑薄壁箱體的球冠面箱底泡沫塑料等厚加工方法，實現(xiàn)步驟如下：
[0018] 第一步：箱體安裝與定位：旋轉(zhuǎn)環(huán)成對使用，采取定位方式分別安裝在箱體的兩 端；將安裝好旋轉(zhuǎn)環(huán)的箱體吊運至箱體支撐旋轉(zhuǎn)裝置上，使旋轉(zhuǎn)環(huán)與驅(qū)動支撐輪完全接觸， 并被支撐輪支撐及定位；通過驅(qū)動支撐輪與旋轉(zhuǎn)環(huán)的摩擦驅(qū)動，來實現(xiàn)箱體的分度轉(zhuǎn)動以 及定位；
[0019] 第二步：球冠面箱底金屬表面形貌數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)包括測距傳感器及固定裝置，測 距傳感器通過固定裝置安裝在三軸數(shù)控加工設(shè)備的主軸前端，測距傳感器與主軸一起以大 直徑薄壁箱體的球冠面箱底中心的同心圓為軌跡旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)采集模塊采集測距傳感器測量 的同心圓上球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)
[0020] 第三步：數(shù)控系統(tǒng)將球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)傳至計算機系統(tǒng)；在此期間， 箱體進入泡沫塑料噴涂工位，將球冠面箱底噴涂泡沫塑料；計算機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)預(yù)處理模 塊將球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)進行預(yù)處理后。
[0021] 第四步：預(yù)處理后的球冠面金屬表面形貌特征數(shù)據(jù)，再通過數(shù)控加工軟件CAD/ CAM模塊進行逆向成型，呈現(xiàn)球冠面金屬表面的表面模型，生成等厚加工程序，在計算機上 模擬數(shù)控加工過程，觀察刀具是否會與箱體上的凸起物發(fā)生碰撞，如果有碰撞，修改刀具抬 刀高度，直至無碰撞發(fā)生；
[0022] 第五步：計算機再將等厚加工程序代碼傳送給數(shù)控系統(tǒng)；
[0023] 第六步：由數(shù)控系統(tǒng)控制三軸數(shù)控加工設(shè)備自動實現(xiàn)對球冠面箱底的泡沫塑料等 厚加工。
[0024] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0025] (1)本發(fā)明實現(xiàn)了大直徑球冠面箱底噴涂的泡沫塑料數(shù)控仿型等厚加工，以滿足 對噴涂在箱底球冠面泡沫塑料等厚度的要求。本發(fā)明中從"箱體安裝旋轉(zhuǎn)環(huán)"到"箱底泡沫 塑料數(shù)控等厚仿型加工"過程，滿足大直徑薄壁箱體的技術(shù)條件要求和工藝施工的需要，有 效地解決了對大型薄壁箱體兩底的球冠面泡沫塑料數(shù)控仿型等厚加工的