專利名稱：一種自由輪廓曲面銑削加工的讓刀誤差補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于銑削加工制造技術(shù)領(lǐng)域，涉及到讓刀誤差補償方法，特別涉及到一種
自由輪廓曲面銑削加工的讓刀誤差補償方法。
背景技術(shù)：
銑削加工過程中由于切削載荷的作用，加工系統(tǒng)特別是刀具系統(tǒng)不可避免地存 在一定的撓曲變形，致使加工后工件的尺寸和形狀存在誤差。隨著機床設(shè)備運動、定位精 度的提高，加工過程中的讓刀誤差已經(jīng)成為高剛度工件銑削加工誤差的最主要組成部分， 特別是在使用大長徑比刀具加工時尤為明顯。自由輪廓曲面銑削加工在航空航天、汽車、 模具等加工制造工業(yè)中應(yīng)用廣泛。對于尺寸精度和形狀精度要求較高的配合曲面銑削加 工，比如模具分型曲面、渦輪蝸桿嚙合面等，由于加工過程中讓刀誤差的存在，配合曲面間 無法做到很好地貼合，需要大量的手工研磨工作，致使加工效率低下，制造成本增加。當(dāng) 前關(guān)于讓刀誤差補償?shù)难芯窟€主要集中在航空薄壁件直面銑削加工，對于曲面加工誤差 補償技術(shù)鮮有報道。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，Cho，M,W.等人發(fā)表的《Integrated Error Compensation Method Using 0匪System for ProfileMilling 0peration》(干lj物 Journal of Materials Processing Technology)2003. 136(1-3) :p. 88-99.)《Integrated Machining Error Compensation MethodUsing O匪Data and Modified PNN Algorithm》 (刊物《Int. J.Mach. ToolsMa皿f》2006. 46(12-13) :p. 1417-1427.)，提出了 一種基于測 量系統(tǒng)的輪廓加工誤差補償方法。該方法通過測量試切加工后工件的尺寸，評估誤差分 布情況，修正加工文件，然后再試切加工，再測量、評估誤差、修正加工文件，直到加工誤差 落在允許的范圍之內(nèi)。該方法建立在試切加工測量的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)成本高昂，適合于 大批量制造的場合。Rao.V.S.and P. V. M. Rao發(fā)表的《ToolDef lection Compensation in Peripheral Milling of Curved Geometries》(干lj物《Int. J. Mach. Tools Ma皿f.》 2006. 46(15) :p. 2036-2043.)提出了一種基于讓刀誤差預(yù)測的誤差補償方法針對每一刀 具位置計算其讓刀誤差值，通過修改精加工刀具軌跡的方式進行補償。該方法需要大量的 迭代計算來確定各刀具位置的讓刀誤差補償值，實現(xiàn)效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對自由輪廓曲面銑削加工過程中存在的讓刀誤差 問題，提供一種實用的誤差補償工藝方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案在對自由輪廓曲面銑削過程分析的基礎(chǔ)上，通過規(guī)劃半精加
工的刀具軌跡，優(yōu)化精加工的加工余量，使得精加工過程中刀具所承受的法向等效接觸切
削力保持恒定，進而使得加工過程中的刀具偏差保持恒定。 讓刀誤差通過法向等距偏置精加工刀具軌跡來實現(xiàn)。
本發(fā)明具體實施步驟如下 步驟1.規(guī)劃半精加工刀具軌跡，優(yōu)化精加工加工余量
(1)構(gòu)建法向等效接觸切削力搜索曲面，針對某設(shè)定的等效接觸切削力大小，提取 等切削力曲線，建立法向等效接觸切削力恒定條件下刀觸點進給速度和刀具的切觸包角之 間的關(guān)系 a.基于現(xiàn)有的切削力模型，在某一個較大的進給速度和刀具切觸角范圍內(nèi)仿真計 算法向等效接觸切削力，構(gòu)建等效法向接觸切削力的三維搜索曲面； b.依據(jù)設(shè)定的法向等效接觸切削力，在三維搜索曲面上提取等高線，建立法向等
效接觸切削力恒定條件下切削進給速度與刀具切觸角之間的對應(yīng)關(guān)系。
(2)依據(jù)工件輪廓幾何和刀具中心進給速度計算加工過程中各位置的刀觸點進給
速度。并根據(jù)步驟(1)得到的法向等效接觸切削力恒定條件下刀觸點進給速度和刀具的切
觸包角之間的關(guān)系，計算加工過程中各位置的刀具切觸角 a.按照精度要求充分離散加工軌跡； b.計算每個離散節(jié)點位置的法向量； c.計算各刀具位置對應(yīng)的刀觸點，得到刀觸點進給速度； d.依據(jù)步驟c得到的實際切削速度和步驟(1)得到的對應(yīng)關(guān)系，計算精加工過程 的刀具切觸角。
(3)規(guī)劃半精加工刀具軌跡，優(yōu)化精加工加工余量 a.由步驟(2)得到的離散節(jié)點的軌跡法向量和對應(yīng)位置刀具切觸角，計算各刀具 位置點對應(yīng)的加工余量； b.基于上述的加工余量信息，規(guī)劃半精加工的刀具軌跡。按照該軌跡加工后，所留 下的材料殘余即為所期望的精加工余量。
步驟2.自由輪廓曲面補償加工 (1)根據(jù)設(shè)定的等效接觸切削力大小，計算精加工刀具軌跡法向偏置量，偏置精加 工刀具軌跡； (2)執(zhí)行規(guī)劃好的半精加工刀具軌跡，完成精加工余量優(yōu)化。半精加工之前的材料 去除工作按照傳統(tǒng)的加工方法完成。
(3)執(zhí)行偏置的精加工刀具軌跡，完成自由輪廓曲面的讓刀誤差補償加工。
本發(fā)明的效果和益處是，實施方法簡單有效，不需要繁瑣地測量和迭代計算，大大 簡化了自由輪廓曲面的讓刀誤差補償過程。同時，本發(fā)明能夠模塊化實現(xiàn)，易于與現(xiàn)有的軟 件集成。


附圖1是自由輪廓曲面讓刀誤差補償?shù)牧鞒虉D。 附圖2是法向平均接觸切削力搜索曲面及等切削力曲線示意圖。 附圖3是輪廓曲面加工過程中實際切削進給速度圖。 附圖4是計算得到的刀具切觸角度圖。 附圖5是自由輪廓曲面讓刀誤差補償加工的示意圖。 附圖6是自由輪廓曲面讓刀誤差補償效果示意圖。
4具體實施方案 下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明，本實施例在以本 發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和過程，但本發(fā)明的保護范圍不 限于下述的實施例。 本實施例刀具中心每齒進給量為0. 1mm ;預(yù)設(shè)的法向等效接觸切削載荷為80N ;工 件材料為7075鋁合金；使用涂層硬質(zhì)合金刀具，刀具直徑8mm;安裝后刀具伸出刀柄長度為 70mm ;工件輪廓為4次NURBS自由曲線；附圖1為讓刀誤差補償?shù)牧鞒虉D。如圖所示，具體 實施步驟如下 步驟1.規(guī)劃半精加工刀具軌跡，優(yōu)化精加工加工余量； (1)基于現(xiàn)有的切削力模型，在每齒進給量0. 02 0. 25mm，刀具切觸角0 85°的范 圍內(nèi)，仿真法向等效接觸切削力，構(gòu)建法向等效接觸切削力的三維搜索曲面，如附圖2。在三 維搜索曲面上提取法向等效接觸切削力為80N的等高線，建立法向等效接觸切削力恒定條 件下進給速度與刀具切觸角之間的對應(yīng)關(guān)系； (2)刀具軌跡的離散精度取0. lmm，計算各節(jié)點位置的法向量和各對應(yīng)位置的刀 觸點，得到實際加工的每齒進給量，如附圖3所示。再結(jié)合步驟(1)得到的法向等效接觸切 削力恒定條件下進給速度和刀具切觸包角之間的關(guān)系，計算加工過程中各位置的刀具切觸 角，如附圖4所示； (3)根據(jù)步驟(1)得到的離散節(jié)點的法向量和步驟(2)得到的對應(yīng)位置刀具切觸 角，計算每一刀具位置對應(yīng)的加工余量點；基于上述的加工余量信息，規(guī)劃半精加工的刀具 軌跡。按照該軌跡加工后，所留下的材料殘余即為所期望的精加工余量，如附圖5所示；
步驟2.自由輪廓曲面補償加工 根據(jù)設(shè)定的等效接觸切削力大小，計算精加工刀具軌跡法向偏置量，偏置精加工 刀具軌跡；執(zhí)行規(guī)劃的半精加工刀具軌跡，完成精加工余量優(yōu)化。半精加工之前的材料去除 工作按照傳統(tǒng)的加工方法完成；執(zhí)行偏置的精加工刀具軌跡，完成曲面讓刀誤差補償加工。 附圖6為本實施例讓刀誤差補償效果圖。
權(quán)利要求
一種自由輪廓曲面銑削加工的讓刀誤差補償方法，其特征是，通過規(guī)劃半精加工的刀具軌跡，優(yōu)化精加工的加工余量，使得精加工過程中法向讓刀誤差保持恒定；讓刀誤差補償通過法向等距偏置精加工的刀具軌跡來實現(xiàn)；補償方法步驟如下(1)規(guī)劃半精加工刀具軌跡，優(yōu)化精加工加工余量a.構(gòu)建法向等效接觸切削力搜索曲面，針對某設(shè)定的等效接觸切削力值，提取等切削力曲線，建立法向等效接觸切削力恒定條件下刀觸點進給速度和刀具的切觸包角之間的對應(yīng)關(guān)系；b.依據(jù)工件輪廓幾何和刀具中心進給速度計算加工過程中各位置的刀觸點進給速度；并根據(jù)步驟a得到的法向等效接觸切削力恒定條件下刀觸點進給速度和刀具的切觸包角之間的關(guān)系，計算加工過程中各位置的刀具切觸角；c.根據(jù)步驟b得到的刀具切觸角信息，規(guī)劃半精加工刀具軌跡，優(yōu)化精加工的加工余量；(2)補償加工a.根據(jù)設(shè)定的等效接觸切削力大小，計算讓刀誤差值，并據(jù)此偏置精加工刀具軌跡；b.執(zhí)行規(guī)劃好的半精加工刀具軌跡，完成精加工余量優(yōu)化；半精加工之前的材料去除工作按照傳統(tǒng)的加工方法完成；c.執(zhí)行偏置的精加工刀具軌跡，完成曲面讓刀誤差補償加工。
全文摘要
一種自由輪廓曲面銑削加工的讓刀誤差補償方法，屬于銑削加工制造技術(shù)領(lǐng)域。其特征是通過規(guī)劃半精加工的刀具軌跡，優(yōu)化精加工的加工余量，使得精加工過程中法向等效接觸切削力保持恒定，進而保持法向讓刀誤差恒定。讓刀誤差通過法向等距偏置精加工刀具軌跡實現(xiàn)補償。加工余量優(yōu)化考慮了自由輪廓曲面加工過程中刀具的實際切削進給速度和切觸角的變化。本發(fā)明的效果和益處是實現(xiàn)方法簡單可靠，無需繁瑣的測量和迭代計算，可以模塊化實現(xiàn)，易于形成軟件產(chǎn)品。
文檔編號B23Q15/20GK101791770SQ20091024881
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者王敏杰, 魏兆成 申請人:大連理工大學(xué)