試分析復雜表面多軸數控加工的精度控制

2016-04-21 13:16:04王煒罡長春汽車工業高等專科學校長春130013

山東工業技術 2016年3期

王煒罡（長春汽車工業高等專科學校,長春　130013）

試分析復雜表面多軸數控加工的精度控制

王煒罡
（長春汽車工業高等專科學校,長春130013）

摘要：本文在簡單分析影響該過程加工精度原因的基礎上，還分別研究了加工誤差的自適應補償方法和該過程加工精度的模型構建，以期為廣大數控加工工作者提供一定的參考依據。

關鍵詞:復雜表面；多軸數控加工；自適應補償方法；模型構建

0　引言

隨著科學技術的不斷發展和進步，數控加工技術也得到了長足的發展，尤其是針對復雜表面的加工技術，其精度控制要求越來越嚴格。在傳統方法中，針對復雜表面的加工需要根據不同的工序在不同的設備上進行。現在利用多軸數控加工之后，較之以前有了很大的改進，這一步驟的省略，不僅節省了大量的作業時間，還在大幅度提升作業效率的基礎上，同步提升了加工精度。

1　復雜表面中多軸數控加工誤差的影響因子

（1）銑削加工誤差。從本質上分析，數控機床的加工其實就是簡單的插補，即在將所需加工的曲線分割為細小的多個部分后，用直線插補或圓弧插補等基本現行進行加工曲線和曲面的擬合。在進行加工之前，需要根據零件圖紙，獲得相應的幾何信息和工藝信息，從而編寫出對應的加工程序。然后，將已編寫完成的加工程序導入數控機床，經由相應的數控裝置進行相應動作的機床主運動控制。通常情況下，這些動作包括變速、停止、啟動、速度與位移量等。由于曲面加工時，對不同曲面要求的精度不同，所以在實際加工中，會將其進行離散處理，使其成為一系列不同的微平面。又由于加工過程中存在于各個曲面的點都具有相應的法矢量，且法矢量始終處于變化狀態，所以，刀軸適量也會隨之不斷變化，致使道具的接觸點軌跡與先前離散的曲線線段不吻合，從而導致大量誤差產生。

（2）系統累積誤差。在復雜表面的整個加工過程中，影響其加工精度的原因和誤差來源很多。不僅包括工藝系統的客觀精度、機床運動的客觀精度、熱力變形因素、數控加工的編程技術以及工藝系統的客觀振動等客觀因素，還包括道具類型、進退刀方式和起刀點、走刀方式以及切削容差和間距等誤差來源。當這些因素一直累積并達到某一臨界點時，就會嚴重影響整個擬加工零件的表面質量。所以，想要加工精度滿足客觀要求，就需要盡可能地避免或減少誤差累積。

2　自適應補償加工精度誤差的具體方法及其算法

（1）自適應補償法。針對加工誤差的補償而言，其真正的實現方法是通過插補。根據導入的已知零件程序信息，數控裝置將程序段描述中介于曲線終點和起點的空間進行數據密化處理，從而實現既定的輪廓軌跡。對較為復雜的形狀來講，如果直接對其進行算法直接生成，則會變得更加復雜，計算機的工作量也會隨之大幅度增加。然而，在多軸的數控加工中，其產生的插補誤差具備非線性質，對其進行誤差減小處理時，就可以應用線性加密、自適應刀位點等方法。在具體的加工過程中，為了充分保證產生誤差在公差允許的范圍之內，可以利用刀位點的自適應補償法，使得刀位點的密化處理相對簡單化。

（2）自適應補償算法。以五軸的數控銑床為研究對象，對其進行補償算法的分析和計算。假設刀位數據（pw0，uw0）和（pw1，uw1）是相鄰的，且（X0，Y0，Z0，A0，B0）是與前者對應的各聯動控制軸的具體運動位置，（X1，Y1，Z1，A1，B1）是與后者對應的各聯動控制軸的具體運動位置。

由此可以得出：各軸的具體運動是X（t）=X0+t（X1-X0），Y（t）=Y0+t（Y1-Y0）， Z（t）=Z0+t（Z1-Z0）， A（t）=A0+t（A1-A0），B（t）=B0+t（B1-B0）。其中，。

w的距離為對上述式子進行t求導，即可得到誤差的最大值。如果該值大于允許值，則應該在兩到位點進行中點刀位插補。然后按照上述方法進行二次誤差校驗，直至誤差值在精度允許范圍內。

3　復雜表面多軸數控加工精度的模型構建分析

圖1為球頭銑刀螺旋刃的幾何模型圖。以此為例，進行數控加工精度的建模分析。

圖1　球頭銑刀模型示意圖

球面的方程坐標為：

上式中，R表示銑刀球刃的半徑，q表示道具軸線與球心和刀刃點連線的夾角，j表示螺旋滯后的角度，P表示螺旋曲面的導程，Rc表示道具軸線與刀刃點的中間距離。分析等距離螺旋曲面和球面的交線，可以得到銑刀刃線的實際方程，即聯立上述方程可得：=。由于，所以。由此可得，當cosq為0時，有最大值。故此，球頭銑刀刃線的最終方程為：