一種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?br> 【專利摘要】本發(fā)明公開一種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?，該方法考慮到各刀位多軸加工實際速度與讓刀量的關(guān)系，反向生成過切刀路，利用弱剛性刀具加工讓刀變形有效減少或抑制零件尺寸超差，確保一次成型，無需多次復(fù)切，保證了加工效率和加工精度。
【專利說明】一種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?br>
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓 刀補償?shù)姆椒ā?br>
【背景技術(shù)】
[0002] 多軸數(shù)控銑削作為一種高精高效的切削加工方法，被廣泛運用于航空航天、造船、 汽車、模具等領(lǐng)域，尤其是存在復(fù)雜曲面的零部件加工中，如整體葉盤。而隨著航空航天工 業(yè)對整體葉盤需求不斷增加，各類整體葉盤也層出不窮。整體葉盤葉片數(shù)目多，流道狹窄， 葉片懸伸長，因此用于加工的刀具必須細而長，刀具長徑比很大，刀具剛性弱。在進行葉片 精加工時，弱剛性刀具容易發(fā)生嚴重讓刀現(xiàn)象，造成型面實際尺寸超出理論尺寸的正向偏 差，致使整體葉盤不合格。其中，讓刀是指加工中，弱剛性刀具在切削力作用下發(fā)生彈性避 讓，加工點偏離理論加工路徑，導(dǎo)致加工表面產(chǎn)生較大誤差的現(xiàn)象。
[0003]目前，對于弱剛性刀具進行多軸加工時造成的嚴重讓刀現(xiàn)象，而引起工件精加工 尺寸不合格的問題，工程上常采用多次復(fù)切或降低進給率等方法來保證加工出合格的零 件。弱剛性刀具多軸加工中，多次復(fù)切或降進給的方法基本上能消除讓刀誤差，保證零件合 格，但是這將使加工效率變得相當?shù)拖拢貜?fù)切削和低進給均極大地延長了實際加工時間， 尤其在加工葉片數(shù)目較多的整體葉盤時，效率過低讓本身加工時間極長的葉盤加工無法接 受。同時，多次復(fù)切還難以把握重復(fù)切削的次數(shù)，有些材料會造成表面加工強化，多次切削 反而不能達到尺寸要求，反而提高了加工表面的粗糙度。在整體葉盤的加工中，上述兩種方 法更不應(yīng)被采用，因為整體葉盤材料多為航空用不銹鋼和鈦合金，加工難度大，實際加工工 時長，若采用多次重復(fù)切削或降進給的方法，將使加工時間增加近一倍或以上，這是葉盤制 造企業(yè)所不能接受的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于通過一種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?，?解決以上【背景技術(shù)】部分提到的問題。
[0005] 為達此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0006] -種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?，包括如下步驟：
[0007]S101、根據(jù)零件的幾何形狀和工藝參數(shù)生成精加工刀路文件，并進行后置處理，將 精加工刀路文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序；
[0008]S102、進行刀具讓刀量切削實驗，獲得不同進給率下該種材料在實際精加工切削 量時的切削讓刀量，生成進給率F與讓刀量ε的實驗數(shù)據(jù)表；
[0009]S103、對步驟SlOl的精加工數(shù)控程序代碼行中各軸坐標和進給率進行逐行解析 提取，獲得加工路徑中各點的各軸坐標和名義進給率；
[0010]S104、根據(jù)步驟S103獲得的所有加工點各軸坐標計算各加工點各軸的位移量，并 計算合成位移量；
[0011]S105、根據(jù)步驟S103獲得的加工路徑各點名義進給率和步驟S104計算得到的各 點合成位移量，以機床各軸的極限進給速率為約束，計算各加工點的實際進給率；
[0012]S106、根據(jù)步驟S102中進給率與讓刀量實驗數(shù)據(jù)表，對步驟S105獲得的各加工點 實際進給率進行插值運算，計算各實際進給率下各點的刀具讓刀量；
[0013]S107、將步驟SlOl生成的精加工刀路文件導(dǎo)入UG軟件中，使用UG-CAD環(huán)境API 功能進行二次開發(fā)，根據(jù)步驟S106計算得到的加工路徑各點讓刀量對加工路徑各刀觸點 曲面法向進行反向補償，獲得補償后的刀位路徑；
[0014]S108、將步驟S107中補償后刀位路徑文件進行后置處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)控G代碼后，輸 入機床，用于零件實際加工。
[0015] 特別地，所述步驟S102具體包括：機床用三軸功能切削方塊毛坯，固定安裝好激 光測距儀，設(shè)定進給率F與加工切削量，刀具每次切削完成后，使用激光測距儀讀取切削面 的距離讀數(shù)，相鄰兩次讀數(shù)的差值即為每次實際切削量，與程序設(shè)定的切削量進行比較，即 可獲得在該進給率F下的刀具讓刀量ε;設(shè)置不同的進給率，可得到各個進給率下刀具讓 刀量，從而生成進給率F與讓刀量ε的實驗數(shù)據(jù)表。
[0016] 特別地，所述步驟S105具體包括：
[0017]S1051、解析提取加工點的名義進給率，根據(jù)步驟S104獲得的合成位移量，計算加 工路徑的名義走刀時間t;
[0018]S1052、以機床各軸的極限進給速率為約束，根據(jù)步驟S104中獲得的程序走刀路 徑各軸位移量，分別計算機床各軸以極限進給率完成該軸位移量所需要的時間tx，ty，tz， tA，t。。將tx，ty，tz，tA，t。分別與步驟S1051中計算得到的名義走刀時間t進行比較，若均 小于或等于t，則該段加工路徑實際進給率為名義進給率；若tx，ty，tz，tA，t。中存在數(shù)值大 于t，則取tx，ty，tz，tA，t。中的最大值，設(shè)為tmax，計算該段加工路徑的實際進給率；
[0019] S1053、依次對各加工點執(zhí)行步驟S1051和步驟S1052,獲得所有加工路徑段的實 際進給率。
[0020] 特別地，所述步驟S107具體包括：
[0021]S1071、計算加工路徑中各刀尖點對應(yīng)的刀心點坐標；
[0022] S1072、獲取加工路徑各刀尖點對應(yīng)的加工刀觸點坐標；
[0023]S1073、根據(jù)刀觸點曲面法向，計算反向補償后的新刀觸點坐標；
[0024]S1074、根據(jù)新刀觸點坐標計算新刀心點坐標；
[0025]S1075、根據(jù)新刀心點坐標計算新刀尖點坐標；
[0026]S1076、對步驟SlOl中生成的精加工刀路文件中各刀尖點逐一執(zhí)行步驟S1071至 S1075,獲得讓刀量反向補償后的所有新刀尖點坐標，替換原精加工刀路文件中的刀尖點坐 標，獲得補償后的刀位路徑。
[0027] 本發(fā)明提出的對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒紤]到各刀位多 軸加工實際速度與讓刀量的關(guān)系，反向生成過切刀路，利用弱剛性刀具加工讓刀變形有效 減少或抑制零件尺寸超差，確保一次成型，無需多次復(fù)切，保證了加工效率和加工精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發(fā)明實施例提供的對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?程圖；
[0029] 圖2為本發(fā)明實施例提供的刀具讓刀量切削實驗平臺示意圖。

【具體實施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明?？梢岳斫獾氖?，此處所描述的具 體實施例僅僅用于解釋本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描 述，附圖中僅示出了與本發(fā)明相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。
[0031] 請參照圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例提供的對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓 刀補償?shù)姆椒鞒虉D。
[0032] 本實施例中對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒ň唧w包括如下步 驟：
[0033]S101、根據(jù)零件的幾何形狀和工藝參數(shù)生成精加工刀路文件，并進行后置處理，將 精加工刀路文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序。
[0034] 計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing,CAM)刀路規(guī)劃軟件根據(jù)零件 的幾何形狀和工藝參數(shù)生成精加工刀路文件。刀路文件中各刀位點記錄的是刀尖點信息， 刀尖點數(shù)據(jù)行格式一般為：GOTO/x,y,Z,i,j,k,其中，X,y,z為加工坐標系下的刀尖點位置 坐標[xyz]T，i，j，k為其對應(yīng)的刀軸矢量[ijk]T。對精加工刀路文件進行后置處理，轉(zhuǎn)換 為數(shù)控加工程序。數(shù)控程序中，加工路徑各點表示刀尖點位置信息，G代碼行格式為：XXYY ZZΑΘαC0cFF，其中，Χ、Υ、Ζ、ΘΑ、Θ。表示該加工刀尖點的五軸位置坐標，F(xiàn)為其進給率。
[0035]S102、進行刀具讓刀量切削實驗，獲得不同進給率下該種材料在實際精加工切削 量時的切削讓刀量，生成進給率F與讓刀量ε的實驗數(shù)據(jù)表。
[0036] 根據(jù)進給率對加工路徑進行讓刀量補償，需要獲得讓刀量ε與進給率F間的數(shù)據(jù) 關(guān)系，所以進行刀具讓刀量切削實驗。實驗平臺不意圖如圖2所不，圖中201為刀具，202為 毛坯，203為激光測距儀，204為激光，205為讀數(shù)器。機床進行三軸切削，每次進刀切削量 S〇為原規(guī)劃精加工刀路的切削量，轉(zhuǎn)速S與精加工相同，進給率F為實驗變量，根據(jù)一定規(guī) 律選取，范圍應(yīng)包括精加工有效切削的最小進給率Fmin和最大進給率Fmax，激光測距儀記錄 每次切削前后的位置讀數(shù)，差值即為實際切削量S，則讓刀量ε=Sci-S。選取不同進給 率F進行試驗，可獲得不同進給率下的讓刀量ε，形成讓刀量ε與進給率F的數(shù)據(jù)關(guān)系表， 如表1所示，表1中：Ss、δs、Fmin、Fmax分別表示零件精加工的轉(zhuǎn)速、切削量、有效切削時的 最小進給率以及最大進給率。另外，實驗的注意事項包括以下方面：（I)實驗方塊毛坯材料 與所要加工的零件材料相同；（II)實驗所用刀具及轉(zhuǎn)速與實際零件精加工時一致；（III) 實驗切削量與實際零件精加工切削量相當；（IV)實驗進給率按一定規(guī)律選取，并應(yīng)包括步 驟SlOl中數(shù)控程序所包含的有效切削進給率。（V)實驗應(yīng)盡可能多地獲取讓刀量數(shù)據(jù)，可 多次測量取平均值。
[0037]

【權(quán)利要求】
1. 一種對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟?，包括如下?驟： 5101、 根據(jù)零件的幾何形狀和工藝參數(shù)生成精加工刀路文件，并進行后置處理，將精加 工刀路文件轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序； 5102、 進行刀具讓刀量切削實驗，獲得不同進給率下該種材料在實際精加工切削量時 的切削讓刀量，生成進給率F與讓刀量ε的實驗數(shù)據(jù)表； 5103、 對步驟SlOl的精加工數(shù)控程序代碼行中各軸坐標和進給率進行逐行解析提取， 獲得加工路徑中各點的各軸坐標和名義進給率； 5104、 根據(jù)步驟S103獲得的所有加工點各軸坐標計算各加工點各軸的位移量，并計算 合成位移量； 5105、 根據(jù)步驟S103獲得的加工路徑各點名義進給率和步驟S104計算得到的各點合 成位移量，以機床各軸的極限進給速率為約束，計算各加工點的實際進給率； 5106、 根據(jù)步驟S102中進給率與讓刀量實驗數(shù)據(jù)表，對步驟S105獲得的各加工點實際 進給率進行插值運算，計算各實際進給率下各點的刀具讓刀量； 5107、 將步驟SlOl生成的精加工刀路文件導(dǎo)入UG軟件中，使用UG-CAD環(huán)境API功能 進行二次開發(fā)，根據(jù)步驟S106計算得到的加工路徑各點讓刀量對加工路徑各刀觸點曲面 法向進行反向補償，獲得補償后的刀位路徑； 5108、 將步驟S107中補償后刀位路徑文件進行后置處理，轉(zhuǎn)換成數(shù)控G代碼后，輸入機 床，用于零件實際加工。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?，其特征?于，所述步驟S102具體包括：機床用三軸功能切削方塊毛坯，固定安裝好激光測距儀，設(shè)定 進給率F與加工切削量，刀具每次切削完成后，使用激光測距儀讀取切削面的距離讀數(shù)，相 鄰兩次讀數(shù)的差值即為每次實際切削量，與程序設(shè)定的切削量進行比較，即可獲得在該進 給率F下的刀具讓刀量ε ;設(shè)置不同的進給率，可得到各個進給率下刀具讓刀量，從而生成 進給率F與讓刀量ε的實驗數(shù)據(jù)表。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2或1任一項所述的對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆?法，其特征在于，所述步驟S105具體包括： 51051、 解析提取加工點的名義進給率，根據(jù)步驟S104獲得的合成位移量，計算加工路 徑的名義走刀時間t ; 51052、 以機床各軸的極限進給速率為約束，根據(jù)步驟S104中獲得的程序走刀路徑各 軸位移量，分別計算機床各軸以極限進給率完成該軸位移量所需要的時間t x，ty，tz，tA，t。。 將tx，t y，tz，tA，t。分別與步驟S1051中計算得到的名義走刀時間t進行比較，若均小于或 等于t，則該段加工路徑實際進給率為名義進給率；若t x，ty，tz，tA，t。中存在數(shù)值大于t，則 取t x，ty，tz，tA，t。中的最大值，設(shè)為tmax，計算該段加工路徑的實際進給率； 51053、 依次對各加工點執(zhí)行步驟S1051和步驟S1052,獲得所有加工路徑段的實際進 給率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的對弱剛性刀具多軸加工路徑進行讓刀補償?shù)姆椒?，其特征?于，所述步驟S107具體包括： S1071、計算加工路徑中各刀尖點對應(yīng)的刀心點坐標； 51072、 獲取加工路徑各刀尖點對應(yīng)的加工刀觸點坐標； 51073、 根據(jù)刀觸點曲面法向，計算反向補償后的新刀觸點坐標； 51074、 根據(jù)新刀觸點坐標計算新刀心點坐標； 51075、 根據(jù)新刀心點坐標計算新刀尖點坐標； 51076、 對步驟SlOl中生成的精加工刀路文件中各刀尖點逐一執(zhí)行步驟S1071至 S1075,獲得讓刀量反向補償后的所有新刀尖點坐標，替換原精加工刀路文件中的刀尖點坐 標，獲得補償后的刀位路徑。
【文檔編號】G05B19/404GK104317246SQ201410432928
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】代星, 唐祥武, 嚴思杰, 鄢龍志, 丁漢 申請人:華中科技大學(xué)無錫研究院