基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法
2023-06-15 12:47:26
基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法
【專利摘要】一種基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法，其特徵是首先根據工具機部件運動方式建立各運動部件間的運動矩陣和誤差矩陣。然後根據工具機運動部件間的連接關係確定矩陣的順序，通過矩陣計算得到刀具的位置誤差和姿態誤差，統稱為位姿誤差。然後依據特徵的幾何形狀和公差的參考基準情況，對刀具位姿誤差產生的特徵誤差進行分別計算。最後將計算得到特徵加工誤差與特徵設計要求的形位公差要求進行比較，從而確定工具機精度要求是否合適。本發明提供了一種快速直接的工具機精度水平評價方法，解決了工藝人員在數控加工編程中依賴經驗或者通過反覆試驗來獲知工具機加工能力的問題，提高了工藝準備效率，降低了加工成本，保證了數控加工的質量。
【專利說明】基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種CAM技術，尤其是一種能供工藝人員快速判定所選的數控工具機能否滿足加工精度要求的工具機選定判別方法，具體地說是一種基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法。
【背景技術】
[0002]由於市場的競爭，縮短研發時間、降低研發成本變得越來越重要。對於機械產品製造企業，越來越多的高精度工具機被用來製造更高精度更高價值的產品。因此有效的利用這些設備，減少停機，加強生產效率是降低成本的關鍵。因此在工藝準備時選擇合適的加工設備非常重要，而設備加工精度能力的評估則是選擇設備的重要依據。
[0003]工具機精度是工具機最重要的性能參數，很大程度上影響零件的加工質量。工具機用戶希望能夠充分利用工具機來製造高附加值、高精度、高質量的產品，並且避免高性能工具機加工低價值零件。但是目前這些決策過程都是由加工積累的經驗或者反覆試驗所決定。因此，工具機用戶迫切需要對工具機的精度能力進行合理的評價，來實現工具機資源的優化使用。
[0004]查閱已有的文獻，目前的工具機精度能力評估方法有:1969年提出的NAS979標準被用於工具機加工精度能力的檢測，該標準根據圓、菱形、凸臺等特定形狀零件的切削結果檢驗工具機的各項精度。西南交大杜麗等在專利《基於「S」形檢測試件的五軸數控工具機的誤差辨識方法》中通過分析「S」形試件的切削結果來評價工具機的加工精度。同時，還有學者提出通過仿真來建立零件加工精度與工具機誤差關係的方法。但是無論是上述實際切削的方法還是仿真的方法，都需要在數控加工程序編制好之後才能進行工具機加工精度的評定。使得上述方法無法成為企業在生產新的零件時工具機選擇的直接依據，難以適用於時間要求緊迫的複雜零件程編工藝準備過程。
【發明內容】
[0005]本發明針對目前工藝人員在進行工藝編程時主要依靠經驗判定所使用的數控工具機能否滿足加工精度要求，並且需要在數控加工程序編制好之後才能進行工具機加工精度的評定，難以適用於時間要求緊迫的複雜零件程編工藝準備過程，造成時間和精力浪費的問題，發明一種基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法。
[0006]本發明為解決其技術問題採用如下技術方案:
[0007]一種基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法，其特徵在於它包括以下步驟:
[0008](I)依據工具機結構和工具機幾何誤差，確定工具機部件的運動方式和運動部件間的連接關係，進而確定工具機部件的運動矩陣和誤差矩陣，計算刀具的理想位姿和有工具機誤差狀態下的位姿，將刀具誤差理想位姿和有工具機誤差狀態下的位姿相減得到刀具的位姿誤差；
[0009](2)依據公差定義和零件特徵的幾何特性，區分無參考基準和有參考基準兩種類型公差，對刀具位姿誤差產生的特徵誤差進行分別計算，得到特徵誤差；
[0010](3)將特徵公差除以特徵誤差，得到公差耗費係數，如果公差耗費係數大於設定值，則表示所選數控工具機能滿足加工要求，否則需要重新選擇數控工具機並重新進行評定。
[0011]所述的公差耗費係數值為4。
[0012]如採用具有中間檢測技術能力的數控工具機，所述的公差耗費係數值如不小於1，則能通過加工過程的中間檢測保證加工精度，若公差耗費係數值小於1，則該數控工具機完全不可用於該零件特徵的加工。
[0013]本發明的有益效果是:
[0014]本發明解決了工藝人員在數控加工編程中依賴經驗或者通過反覆試驗來獲知工具機加工能力的問題，提高了工藝準備效率，能夠有效判定工具機的加工能力，提高工具機的利用率，降低加工成本，為工藝準備中的工具機選擇提供了依據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明中方法的總流程圖。
[0016]圖2本發明中採用圖示的三軸立式龍門加工中心為工具機實例。
[0017]圖3為端銑平面特徵的特徵誤差來源示意圖。
[0018]圖4為端銑平面特徵的特徵誤差來源示意圖。
[0019]圖5為側銑孔特徵的特徵誤差來源示意圖。
[0020]圖6為孔特徵的軸線誤差計算示意圖。
[0021]圖7為兩孔特徵的平行度誤差計算示意圖。
[0022]圖中:1龍門(立柱和橫梁)、2主軸箱滑板、3主軸箱、4主軸、5床身、6刀具位置誤差導致的特徵誤差範圍、7刀具姿態誤差與刀具半徑產生的特徵誤差範圍、8刀具位置誤差導致的特徵誤差範圍、9刀具姿態誤差導致的特徵誤差範圍、10被加工的孔、11圓柱的一個極限位置、12圓柱的另一對應極限位置、13圓柱尺寸偏差範圍、14圓柱軸偏差範圍、15目標孔、16目標孔的軸線存在區域、17目標孔軸線、18平行度誤差、19參考基準孔、20參考基準孔的軸線、21參考基準孔的軸線存在的區域
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0024]如圖1-7所示。
[0025]一種基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法，其流程如圖1所示，包含以下步驟:
[0026]步驟1、依據擬選用工具機結構和工具機幾何誤差，確定工具機部件的運動方式和運動部件間的連接關係，進而確定工具機部件的運動矩陣和誤差矩陣，計算刀具的理想位姿和有工具機誤差狀態下的位姿，得到刀具的位姿誤差。
[0027]步驟1.1、分析工具機結構，確定工具機部件的運動方式和運動部件間的連接關係。
[0028]以如圖2所示的三軸龍門加工中心工具機為例，依據工具機的結構，確定工具機運動部件之間的順序關係如下:床身-龍門-主軸箱滑板-主軸箱-刀具，其中龍門是X方向運動部件，主軸箱滑板是Y方向運動部件，主軸箱是Z方向運動部件。
[0029]步驟1.2、依據工具機部件的運動方式確定工具機部件之間的運動矩陣。
[0030](I)首先找到工具機中保持靜止的部件，圖2所示工具機中靜止部件為工具機的床身。然後確定在靜止部件上運動的工具機部件，則為圖2中的龍門。根據坐標變換原理，若在床身和立柱上的分別建立固連坐標系oBxBYBzB、O1X1Y1Zp假設立柱沿X軸運動距離為X，則固定於床身的坐標系ObXbYbZb和固定於立柱的坐標系O1X1Y1Z1之間的運動變換矩陣為:
【權利要求】
1.一種基於零件特徵的數控工具機加工能力評定方法，其特徵在於它包括以下步驟: (1)依據工具機結構和工具機幾何誤差，確定工具機部件的運動方式和運動部件間的連接關係，進而確定工具機部件的運動矩陣和誤差矩陣，計算刀具的理想位姿和有工具機誤差狀態下的位姿，將刀具誤差理想位姿和有工具機誤差狀態下的位姿相減得到刀具的位姿誤差； (2)依據公差定義和零件特徵的幾何特性，區分無參考基準和有參考基準兩種類型公差，對刀具位姿誤差產生的特徵誤差進行分別計算，得到特徵誤差； (3)將特徵公差除以特徵誤差，得到公差耗費係數，如果公差耗費係數大於設定值，則表示所選數控工具機能滿足加工要求，否則需要重新選擇數控工具機並重新進行評定。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵是所述的公差耗費係數值為4。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵是如採用具有中間檢測技術能力的數控工具機，則所述的公差耗費係數值如不小於1，則能通過加工過程的中間檢測保證加工精度，若公差耗費係數值小於1，則該數控工具機完全不可用於該零件特徵的加工。
【文檔編號】G06F17/50GK104021242SQ201410206096
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年5月15日 優先權日:2014年5月15日
【發明者】李迎光, 李海, 王慧潔, 王偉 申請人:南京航空航天大學