液体火箭发动机喷管冷却通道立式加工方法

摘要

本发明一种液体火箭发动机喷管冷却通道立式加工方法，属于液体火箭发动机喷管加工方法领域。本发明中，喷管采用立式装夹，单点式激光传感器逐条扫描母线，以获取喷管实际廓形，得到采样数据集，逐条重构喷管母线，对采样数据集逐条母线平滑处理，得到喷管平滑数据集，对所有母线的数据进行压缩处理，得到压缩数据集，利用三次样条插值逼近喷管的实际母线。并计算铣削刀位，由双铣头对称铣削，高速清根。本发明实现了测量、加工一体化，一次装卡下完成廓形测量、铣槽、清根处理，能够满足不同几何尺寸、不同母线线型的加工需求，加工效率高，一致性好，实现了液体火箭发动机喷管冷却通道高效、高精度数字化加工。

主权项

1.一种液体火箭发动机喷管冷却通道立式加工方法，其特征在于，喷管立式装夹，采用单点式激光传感器逐条扫描母线，以获取喷管实际廓形，逐条重构喷管母线及计算铣削刀位，由双铣头对称铣削，高速清根；液体火箭发动机喷管冷却通道立式加工方法的具体步骤如下：(1)喷管立式装夹首先将喷管胎模(5)安放到回转工作台台面(e)上，由台面和定位圆柱销(13)定位，八个带螺栓的压板(6)周向均布于回转工作台(7)上，压板(6)压紧喷管胎模(5)；将喷管(11)大端开口朝下，套装在喷管胎模(5)外表面上；旋紧螺钉(14)，使喷管端盖(12)压紧喷管(11)，并与喷管胎模(5)紧密固定，完成喷管(11)立式装夹；喷管(11)可在回转工作台(7)的驱动下作回转运动；(2)单点式激光传感器逐条扫描母线获取喷管实际廓形装夹完成后，调整铣削测量转换头(9)，使单点式激光传感器(8)对准喷管待测母线，按如下步骤逐条扫描母线获取喷管实际廓形：①喷管理论母线a为喷管设计尺寸，沿Y轴朝远离喷管方向将喷管理论母线a偏移一个距离d₀，d₀即为激光传感器的校准距离，将偏移后得到的轨迹线作为测量轨迹线c；②调整单点式激光传感器(8)与喷管(11)外廓的Y向相对距离，使单点式激光传感器(8)在测量轨迹线c上的p′₀点的显示值为Δ₀＝0，喷管(11)外廓面的实际母线b上的p₀点坐标为：z₀＝z′₀，y₀＝y′₀+Δ₀；③单点式激光传感器(8)按照测量轨迹线c运动到p′₁点，显示值为Δ₁＝d₁-d₀，得到p₁点坐标为：z₁＝z′₁，y₁＝y′₁+Δ₁；依次扫描p_i(z_i，y_i)，i＝2，3，…，n点显示值为Δ_i＝d_i-d₀，对应点坐标为z_i＝z′_i，y_i＝y′_i+Δ_i，i＝2，3，…，n，从而完成喷管外廓面一条实际母线b的扫描测量；④完成单条母线扫描后，数控系统控制回转工作台旋转角度θ，θ＝2π/N，其中：N为喷管待加工母线数，重复第③步母线扫描测量过程，完成第二条母线的测量过程；⑤循环③、④步，完成喷管(11)实际廓形的扫描测量，得到采样数据集Q₀；(3)逐条重构喷管母线及计算铣削刀位；①取采样数据集Q⁰中第i₀条母线的采样数据，…，}；设定平滑窗口宽度为m₀，取中第k₀个采样点为窗口中心，取值规则如下，得到有序数据点取窗口内有序点的均值作为新的数据点对采样数据集Q⁰逐条母线平滑处理，得到喷管平滑数据集Q¹；②取平滑数据集Q¹中第i₁条喷管母线进行如下处理，其中j₁>i₁，k₁∈(i₁，j₁)    (3)h为弦高差，即已录入点与当前待筛选点之间的中间采样点到该两点连线(弦)的距离，若h大于预设筛选精度ε₁则录入当前点的前一点，否则移向下一点；其中：为已录点坐标，当前点坐标，为中间点坐标，依次处理，完成喷管所有母线的数据压缩处理，得到压缩数据集Q²；③取压缩数据集Q²中第i₂条喷管母线的压缩数据集利用三次样条插值逼近喷管的实际母线，其中：k₂＝0，1，2，3　(4)式中：为第j₂段样条曲线径向坐标，为第j₂个型值点轴向坐标，为样条曲线参数；④首先利用小参数步长对第i₃条喷管母线进行密集离散：接着对于任一初始点从开始依此选取一离散点，取为于到之间的任一点求取它到直线段的距离，若满足(j₃＝k₃+1，…，m₃-1)，ε₃为刀位筛选精度；则录入为刀位点，否则移向点，并重复上述过程，进而完成整条母线的刀位计算；逐条母线计算，得到喷管刀位数据集Q⁴；(4)双铣头对称铣削利用第(3)步得到的喷管冷却通道铣削刀位数据集Q⁴，双通道控制左片铣刀(1)、右片铣刀(10)对称铣削喷管沟槽；待一对沟槽铣削完毕后，回转工作台(7)驱动喷管(11)分度到下一沟槽位置，转动角度为θ＝2π/N，N为喷管待加工母线数；回转工作台(7)分度累计至180°，即完成整个喷管沟槽铣削加工；(5)高速清根喷管冷却通道铣削加工完成后，调整铣削清根转换头(2)旋转180°，使左片铣刀(1)与清根铣刀(4)位置互换；电主轴(3)拖动清根铣刀(4)高速旋转，通过手动方式对刀，使清根铣刀(4)的轴线对准待清根沟槽对称线，数控系统调用清根程序，驱动清根铣刀沿清根轨迹线一、二、三、四(g1、g2、g3、g4)分层依次铣削，完成沟槽根部(f)高速清除；(6)完成加工松开螺钉(14)，取下喷管端盖(12)，卸下喷管(11)，完成整个液体火箭发动机喷管冷却通道立式加工。