試分析復(fù)雜表面多軸數(shù)控加工的精度控制

王煒罡（長(zhǎng)春汽車(chē)工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校,長(zhǎng)春　130013）

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試分析復(fù)雜表面多軸數(shù)控加工的精度控制

王煒罡
（長(zhǎng)春汽車(chē)工業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校,長(zhǎng)春130013）

摘 要：本文在簡(jiǎn)單分析影響該過(guò)程加工精度原因的基礎(chǔ)上，還分別研究了加工誤差的自適應(yīng)補(bǔ)償方法和該過(guò)程加工精度的模型構(gòu)建，以期為廣大數(shù)控加工工作者提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞:復(fù)雜表面；多軸數(shù)控加工；自適應(yīng)補(bǔ)償方法；模型構(gòu)建

0　引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，數(shù)控加工技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，尤其是針對(duì)復(fù)雜表面的加工技術(shù)，其精度控制要求越來(lái)越嚴(yán)格。在傳統(tǒng)方法中，針對(duì)復(fù)雜表面的加工需要根據(jù)不同的工序在不同的設(shè)備上進(jìn)行?，F(xiàn)在利用多軸數(shù)控加工之后，較之以前有了很大的改進(jìn)，這一步驟的省略，不僅節(jié)省了大量的作業(yè)時(shí)間，還在大幅度提升作業(yè)效率的基礎(chǔ)上，同步提升了加工精度。

1　復(fù)雜表面中多軸數(shù)控加工誤差的影響因子

（1）銑削加工誤差。從本質(zhì)上分析，數(shù)控機(jī)床的加工其實(shí)就是簡(jiǎn)單的插補(bǔ)，即在將所需加工的曲線分割為細(xì)小的多個(gè)部分后，用直線插補(bǔ)或圓弧插補(bǔ)等基本現(xiàn)行進(jìn)行加工曲線和曲面的擬合。在進(jìn)行加工之前，需要根據(jù)零件圖紙，獲得相應(yīng)的幾何信息和工藝信息，從而編寫(xiě)出對(duì)應(yīng)的加工程序。然后，將已編寫(xiě)完成的加工程序?qū)霐?shù)控機(jī)床，經(jīng)由相應(yīng)的數(shù)控裝置進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作的機(jī)床主運(yùn)動(dòng)控制。通常情況下，這些動(dòng)作包括變速、停止、啟動(dòng)、速度與位移量等。由于曲面加工時(shí)，對(duì)不同曲面要求的精度不同，所以在實(shí)際加工中，會(huì)將其進(jìn)行離散處理，使其成為一系列不同的微平面。又由于加工過(guò)程中存在于各個(gè)曲面的點(diǎn)都具有相應(yīng)的法矢量，且法矢量始終處于變化狀態(tài)，所以，刀軸適量也會(huì)隨之不斷變化，致使道具的接觸點(diǎn)軌跡與先前離散的曲線線段不吻合，從而導(dǎo)致大量誤差產(chǎn)生。

（2）系統(tǒng)累積誤差。在復(fù)雜表面的整個(gè)加工過(guò)程中，影響其加工精度的原因和誤差來(lái)源很多。不僅包括工藝系統(tǒng)的客觀精度、機(jī)床運(yùn)動(dòng)的客觀精度、熱力變形因素、數(shù)控加工的編程技術(shù)以及工藝系統(tǒng)的客觀振動(dòng)等客觀因素，還包括道具類(lèi)型、進(jìn)退刀方式和起刀點(diǎn)、走刀方式以及切削容差和間距等誤差來(lái)源。當(dāng)這些因素一直累積并達(dá)到某一臨界點(diǎn)時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)擬加工零件的表面質(zhì)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(yīng)補(bǔ)償加工精度誤差的具體方法及其算法

（1）自適應(yīng)補(bǔ)償法。針對(duì)加工誤差的補(bǔ)償而言，其真正的實(shí)現(xiàn)方法是通過(guò)插補(bǔ)。根據(jù)導(dǎo)入的已知零件程序信息，數(shù)控裝置將程序段描述中介于曲線終點(diǎn)和起點(diǎn)的空間進(jìn)行數(shù)據(jù)密化處理，從而實(shí)現(xiàn)既定的輪廓軌跡。對(duì)較為復(fù)雜的形狀來(lái)講，如果直接對(duì)其進(jìn)行算法直接生成，則會(huì)變得更加復(fù)雜，計(jì)算機(jī)的工作量也會(huì)隨之大幅度增加。然而，在多軸的數(shù)控加工中，其產(chǎn)生的插補(bǔ)誤差具備非線性質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行誤差減小處理時(shí)，就可以應(yīng)用線性加密、自適應(yīng)刀位點(diǎn)等方法。在具體的加工過(guò)程中，為了充分保證產(chǎn)生誤差在公差允許的范圍之內(nèi)，可以利用刀位點(diǎn)的自適應(yīng)補(bǔ)償法，使得刀位點(diǎn)的密化處理相對(duì)簡(jiǎn)單化。

（2）自適應(yīng)補(bǔ)償算法。以五軸的數(shù)控銑床為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償算法的分析和計(jì)算。假設(shè)刀位數(shù)據(jù)（pw0，uw0）和（pw1，uw1）是相鄰的，且（X0，Y0，Z0，A0，B0）是與前者對(duì)應(yīng)的各聯(lián)動(dòng)控制軸的具體運(yùn)動(dòng)位置，（X1，Y1，Z1，A1，B1）是與后者對(duì)應(yīng)的各聯(lián)動(dòng)控制軸的具體運(yùn)動(dòng)位置。

由此可以得出：各軸的具體運(yùn)動(dòng)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(duì)上述式子進(jìn)行t求導(dǎo)，即可得到誤差的最大值。如果該值大于允許值，則應(yīng)該在兩到位點(diǎn)進(jìn)行中點(diǎn)刀位插補(bǔ)。然后按照上述方法進(jìn)行二次誤差校驗(yàn)，直至誤差值在精度允許范圍內(nèi)。

3　復(fù)雜表面多軸數(shù)控加工精度的模型構(gòu)建分析

圖1為球頭銑刀螺旋刃的幾何模型圖。以此為例，進(jìn)行數(shù)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(biāo)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(diǎn)連線的夾角，j表示螺旋滯后的角度，P表示螺旋曲面的導(dǎo)程，Rc表示道具軸線與刀刃點(diǎn)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(shí)際方程，即聯(lián)立上述方程可得：=。由于，所以。由此可得，當(dāng)cosq為0時(shí)，有最大值。故此，球頭銑刀刃線的最終方程為：

4　應(yīng)用實(shí)例分析

為了便于自適應(yīng)補(bǔ)償加工前后誤差對(duì)比，作者進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)。將曲面截面設(shè)為正弦曲線，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)刀具路徑的規(guī)劃，并同步確定其相關(guān)切削參數(shù)。針對(duì)第一組實(shí)驗(yàn)，使用制造工程師CAXA中的NC代碼。針對(duì)第二組實(shí)驗(yàn)，使用自適應(yīng)補(bǔ)償后重寫(xiě)的NC代碼。

5　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在復(fù)雜表面的數(shù)控加工過(guò)程中，影響其加工精度的因素很多，其中編程誤差的影響相對(duì)較大。通過(guò)實(shí)踐證明，利用自適應(yīng)補(bǔ)償及其算法的分析計(jì)算，可以充分控制其誤差使其符合要求精度。除此之外，通過(guò)建立模型的方式，計(jì)算其相應(yīng)的刃線方程，從而控制整個(gè)系統(tǒng)加工的精度，也是非常有效的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉怡飛.基于復(fù)雜曲面的多軸數(shù)控加工非線性誤差的控制研究[J].科技與創(chuàng)新,2015(01):73-74.

作者簡(jiǎn)介：王煒罡（1969-），男，吉林長(zhǎng)春人，本科，助教，高級(jí)技師，研究方向：數(shù)控加工工藝、CAD技術(shù)應(yīng)用。

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.03.023