飛機結構件多軸聯動加工過程中的精度預測與評估技術研究

鄒左明（四川信息職業技術學院，四川廣元　628017）

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飛機結構件多軸聯動加工過程中的精度預測與評估技術研究

鄒左明
（四川信息職業技術學院，四川廣元628017）

摘要：從機結構件多軸聯動數控加工中的質量控制關鍵技術入手，討論了飛機結構件加工過程中存在的幾何誤差主要誤差進行分析及綜合研究。文章著重闡述多軸聯動加工過程中的精度預測與評估技術，為以后進一步的研究提供了參考。

關鍵詞：質量控制；幾何誤差；精度預測與評估

針對結合飛機結構件在國產高檔數控機床上的數控加工技術，展開飛機結構件多軸聯動數控加工中的質量控制關鍵技術研究。通過對飛機結構件加工過程中存在的幾何誤差主要誤差進行分析及綜合研究，并結合相關研究成果，得到零件加工精度評估與預測的有效方法，開展在示范工程中的應用。

（1）通過對誤差綜合與精度評估的研究，為工藝設計和工藝資源優化提供依據，保證加工出滿足加工精度要求的飛機結構件。

（2）通過對多軸聯動數控機床精度原因的分析，對機床熱誤差進行補償，消除原點漂移，從而提高機床的加工效率和精度。

（3）通過對飛機結構件數控加工過程中零件表面波紋產生機理的研究，提出初步的解決方案，提高飛機結構件的加工表面質量，減少飛機結構件加工過程中的打磨工作量。

1　飛機結構件加工中精度預測與評估技術

零件加工精度受數控加工工藝過程中眾多因素的影響，如切削參數的選擇、工藝系統的精度、加工過程中產生的切削力、切削熱及振動等等。數控加工過程中影響精度的各種誤差因素客觀存在，不可能完全消除。在工藝規劃時，存在兩個問題：①所選定的工藝系統、切削參數等加工條件，是否能保證零件精度達到要求；②哪些誤差因素是該工藝方案中影響零件精度的主要因素，當零件精度不滿足要求時，應當如何實施優化。解決上述問題，需要分析工藝過程中影響零件精度的各種誤差因素，獲得各單項誤差對零件精度的影響機理，以及多項誤差共同作用下對零件精度的影響機理。從而，一方面可在零件加工前預測當前加工工藝方案可獲得的零件加工精度；另一方面可分析各項誤差因素對零件精度的影響比重，從而有針對性地對工藝方案進行優化。

如圖1所示，文章致力于上述問題的研究，獲得一套數控加工零件精度預測及評估方法及相應的軟件系統。以典型飛機結構件為研究對象，從正反兩個方向開展研究，一方面分析其數控加工工藝過程中存在的誤差因素，建立誤差綜合模型，預測零件關鍵特征的尺寸精度；同時分析各種誤差因素對零件精度的影響權重，指導工藝規劃與優化。綜合誤差模型建立；基于特征的飛機結構件精度預測與評估方法建立；飛機結構件精度預測與評估軟件開發；實驗驗證及修正。

圖1　精度預測與評估模塊技術路線

圖2　飛機結構件加工工藝過程中的誤差因素分布

（1）飛機結構件加工工藝過程及誤差因素分析。通過對飛機結構件數控加工有關的所有相關過程進行分析，查找影響飛機結構件加工精度的各種因素。然后根據誤差產生的先后順序，將這些誤差分為切削加工前產生的靜態誤差、切削加工過程中產生的動態誤差和切削加工后產生的誤差三類，各類誤差簡述如下，它們在工藝過程中的分布如圖2所示。

（2）單項誤差機理分析及建模。子課題在定性分析影響飛機結構結加工的各種誤差因素的前提下，針對各單項誤差因素，深入研究了各單項誤差因素的產生和影響機理，建立了各主要單項誤差單元的數學模型。包括CAM過程的編程誤差；工藝系統中機床、刀具和夾具的幾何誤差；以及加工過程中的機床熱變形誤差、工件和刀具的受力/受熱變形的誤差及伺服跟隨誤差。

（3）誤差綜合模型建立。分析各單項誤差單元的機理并建立誤差模型的基礎上，應用多體系統及坐標齊次變換理論，將機床幾何誤差/熱誤差、夾具安裝/調整誤差、定位誤差、刀具安裝誤差/尺寸誤差、工件——刀具受力/熱變形引入到工藝系統的理想運動變換中，得到每一個切削點和刀軸矢量的空間坐標誤差。生產實際過程中通常由坐標測量機檢測測量點法向方向的輪廓誤差，以此評價零件精度。因此，為了與坐標測量機檢測結果對比，并將切削點和刀軸矢量的空間誤差轉換為法向輪廓誤差，以方便生產實踐中應用。

圖3　基于特征的飛機結構件精度預測方案

（4）基于特征的飛機結構件精度預測與評估方法。在現場調研并參考兄弟參研單位對飛機結構件的特征分類的基礎上，結合飛機結構件加工過程中對各特征的實際精度要求，提出基于特征的飛機結構件零件精度預測方法，對飛機結構件的輪廓特征、孔特征、及筋特征進行精度預測，預測方案如圖3所示。

圖4　誤差評估技術路線

在基于特征的精度預測基礎上，利用編寫的零件精度預測與評估軟件，采用正交分析法，改變誤差輸入項的數目和/或數值，可分析各單項誤差對零件精度的影響權重，即誤差評估，從而提出工藝優化意見，如圖4所示。

2　飛機結構件精度預測與評估軟件開發

在飛機結構件多軸聯動數控加工精度預測與評估方案理論研究的基礎上，設計了飛機結構件多軸聯動數控加工精度預測與評估軟件。該軟件基于VS2010開發平臺，采用C++語言編寫，結合OpenGL動態鏈接庫實現可視化，并調用MATCOM C++矩陣庫實現矩陣的定義及運算，各項數據參數以數據表的形式存儲在Oracle數據庫中。軟件的總體結構框架如圖5所示。

圖5　精度預測與評估軟件系統就夠示意圖

3　結語

“飛機結構件多軸聯動數控加工誤差分析與控制技術研究”作為研究的一個子課題，研究飛機結構件加工過程中的部分主要質量問題，取得了一定的成果，但由于主客觀的原因，離我們理想的研究目標尚存在一定的距離。但為以后更深入地研究奠定了堅實的基礎。

參考文獻

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Accuracy Prediction and Evaluation Technology Research in the Process of Aircraft Structure Multi-axis linkage Machining

ZOU Zuo-ming
（Sichuan Institute of Information Technology，Guangyuan，Sichuan 628017，China）

Abstract:From quality control key technologies ofstructure multi-axis linkage machining，geometric errors in the machining process of aircraft structure parts are analyzed.The paper explains precisionprediction and evaluationtechnology of multi-axis linkage processing and provides the reference forfurther research.

Key words:Quality control；geometrical error；Accuracy prediction and evaluation

中圖分類號：TG547

文獻標識碼：A

文章編號：2095-980X（2016）05-0054-02

收稿日期：2016-04-18

作者簡介：鄒左明（1978-），男，大學本科，講師，主要研究方向：機械工程。