一種可補償形狀誤差的迴轉體零件車削加工方法與流程

2023-05-27 05:20:06

本發明涉及數控車削加工領域，尤其涉及一種可補償形狀誤差的迴轉體零件車削加工方法。

背景技術：

大型迴轉類零件在車床上加工時，經常遇到刀具磨損問題。具體地，在每一轉進給下，刀具切削長度為一圈，零件的截面輪廓加工後，零件所切削的長度為πDL/s(其中，D為迴轉直徑，L為切削截面長度，s為每轉進給)，從公式中可以看出零件直徑越大，所需的切削長度越長。另一方面，實際加工中可以看出，切削刀具磨損問題在大型零件加工中尤為突出，以實際加工直徑為450mm，長2000mm的某迴轉類零件外形，其起點和終點的直徑差在0.5mm以上，這種形狀誤差其產生原因為在大型迴轉體零件在加工過程中，刀具會隨著切削長度增加逐漸磨損，該問題完全不能用手工檢測調整刀具參數來解決，常常因此而影響產品的質量和生產進度。

另外，大型迴轉類零件在車床上加工時還存在零件裝夾問題，即零件外形加工時，如不能用採用尾座頂尖裝夾，或內孔加工時會因為切削扭力從裝夾點的遠端到近端不斷減小，而形成遠端大，近端小的零件形狀誤差，該誤差會因零件長度增加而增加，因此對於大型零件，該誤差影響很大。同時，對於大型零件，同一塊材料在不同的點，材料硬度數值存在3～5HRc的差值，會造成精加工時，因硬度不同造成輪廓不同點讓刀差異而產生加工輪廓誤差。

為解決上述問題，申請人在先申請的專利CN201110334923.7中公開了一種在線檢測自適應補償方法，該方法先對迴轉體零件進行粗加工，測量迴轉體零件內孔軸向截面上兩相鄰輪廓線段的交點的半徑及兩端點的半徑的誤差量δ1。之後半精加工車刀刀具用理論加工半徑為X1-δ/2的加工軌跡對交點及兩端點進行半精加工，測量半精加工中交點及兩端點的實際半徑，並得到半精加工的誤差量δ1′。進行精加工時的車刀刀具、及刀具的主軸轉速、進給速度與半精加工相同，精加工的過程中車床數控系統對半精加工的誤差量δ1′進行補償。該技術方案可以在一定程度上解決加工過程中刀具磨損所帶來的加工誤差。

但是，由於只能垂直於軸線進行檢測，該方法在檢測截面斜線與軸線夾角或曲線與軸線曲率角較小時的檢測誤差較小，在檢測截面斜線與軸線夾角或曲線與軸線曲率角較大時，誤差很大，在外形輪廓垂直軸線時安全沒法檢測，因此，上述自適應補償方法應用有較大局限性，使得其在解決加工過程中刀具磨損所帶來的加工誤差時仍然。

技術實現要素：

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種可補償形狀誤差的車削加工方法，其通過更加優化的刀具磨損自適應補償方式進行切削加工，可以有效降低由於刀具磨損等因素而產生的零件形狀誤差，提高零件加工精度和生產效率。

為實現上述目的，按照本發明，提供一種可補償形狀誤差的迴轉體零件車削加工方法，包括：

對迴轉體零件進行粗加工後測量零件外形或內孔截面上相鄰兩輪廓線段的交點坐標，通過與所述交點的最終理論坐標值相比較得到X、Z方向上的粗加工餘量(δx，δz)；

根據所述粗加工餘量確定半精加工軌跡，並對經過粗加工後的迴轉體零件進行半精加工，並半精加工後測量迴轉體零件外形或內孔截面上各相鄰兩輪廓線段的交點坐標，與該交點的半精加工理論坐標值比較得到X、Z方向上半精加工的誤差量(δx＇，δz＇)；

對經過半精加工後的迴轉體零件進行精加工，其中精加工中通過車床對半精加工的誤差量(δx＇，δz＇)進行補償確定精加工軌跡，即將精加工軌跡值設置為最終理論值與半精加工的誤差量之差或之和，從而完成精加工，實現大型迴轉類零件的在線檢測自適應車削加工方法。

作為本發明的進一步優選，所述精加工的軌跡值包括X方向的精加工的軌跡值和Z方向的精加工的軌跡值，所述精加工中通過車床對半精加工的誤差量(δx＇，δz＇)進行補償具體為將X方向的精加工的軌跡值為X方向的最終理論值與X方向的半精加工誤差量之和或者之差，Z方向的精加工的軌跡值設置為Z方向的最終理論值與Z方向的半精加工誤差量之和或者之差。

作為本發明的進一步優選，所述半精加工軌跡確定為最終理論值與粗加工餘量的一半之和或者之差，即X方向的半精加工的軌跡值為X方向的最終理論值與X方向的粗加工餘量的一半之和或者之差，Z方向的半精加工的軌跡值為Z方向的最終理論值與Z方向的粗加工餘量的一半之和或者之差。

作為本發明的進一步優選，所述半精加工的誤差量為半精加工實際檢測值與半精加工的軌跡值之差。

作為本發明的進一步優選，所述加工為迴轉體零件外形時，精加工軌跡值設置為最終理論值與半精加工的誤差量之差，半精加工軌跡確定為最終理論值與粗加工餘量的一半之差。

作為本發明的進一步優選，所述加工為迴轉體零件內孔時，精加工軌跡值設置為最終理論值與半精加工的誤差量之和，半精加工軌跡確定為最終理論值與粗加工餘量的一半之和。

作為本發明的進一步優選，所述粗加工餘量為粗加工後的工件實際尺寸與最終理論尺寸之差。

總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，具有以下有益效果：

(1)本發明方法中，通過在X、Z兩個方向上進行誤差實時檢測，並經過粗加工、半精加工以及精加工的工序，根據粗加工餘量獲得半精加工誤差量，並利用該誤差量對精加工進行誤差補償，即可實現對迴轉體零件的形狀誤差補償；

(2)本發明方法可以通過測量加工過程中的零件尺寸，消除因刀具磨損、零件裝夾、硬度不均勻等因素所帶來的加工綜合誤差，大幅提高了大型迴轉體零件的加工精度。

附圖說明

圖1a是按照本發明實施例的可補償形狀誤差的迴轉體零件車削加工方法車削加工迴轉體外形輪廓的示意圖；

圖1b是按照本發明實施例的可補償形狀誤差的迴轉體零件車削加工方法車削加工迴轉體內孔輪廓的示意圖；

圖2為按照本發明實施例的可補償形狀誤差的迴轉體零件車削加工方法中的檢測點粗加工後的兩個方向誤差量示意圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互組合。

按照本發明的一個實施例所構建的大型迴轉類零件的在線檢測自適應車削加工方法，包括如下步驟：

(1)用粗加工刀具粗車加工輪廓，留理論車加工餘量δ；

(2)用測頭在零件每個輪廓交點附近測一個點(測頭檢測的方法屬於業內已有的技術，利用可以採用申請人在先申請的專利201210352231.X中所披露的方法，在此不再贅述。)

比較工件實際尺寸與最終理論尺寸的兩個方向誤差量即粗加工餘量，其中X方向誤差量δx＝X1－X0(本實施例中圖1和2中所示δx為半徑量誤差值，如用直徑計算，該誤差量為圖示δx的2倍)，Z方向誤差量δz＝Z1－Z0。

其中，X0為每個檢測點X方向最終理論尺寸，X1為每個檢測點X方向粗加工後輪廓檢測尺寸，Z0為每個檢測點Z方向最終理論尺寸，Z1為每個檢測點X方向粗加工後輪廓檢測尺寸。

將各檢測點的兩個方向誤差量按順序保存記錄在車床數控系統中，優選每點的δx依次存儲在連續的地址位，如存儲在X方向刀補地址位：#10020(設20號刀為起點)，#10021，#10022，……，每點的δz依次存儲另一組連續的地址位，如存儲在Z方向刀補地址位：#11020(設20號刀為起點)，#11021，#11022，……。

在一個實施例中，加工軌跡的某一段為圓弧，則編程按終點坐標值編程，以FANUC系統為例，如果加工軌跡見圖2，起點坐標為(X0，Z0)，終點坐標為(X1，Z1)，半徑為r，程序結構為：G3X1Z1Rr。

(3)用半精加工車刀加工輪廓，其中加工參數和精加工的加工參數完全一致。半精加工刀具與精加工刀具成組使用，加工內容應保證一致，自動計算每個加工理論軌跡交點的坐標值(X，Z)，其中：

加工外圓時，X輸入值為X0+δx/2，Z輸入值為Z0+δZ/2；加工內孔時，X輸入值為X0－δx/2；Z輸入值為Z0－δZ/2。即半精加工的理論軌跡線設為最終理論值與粗加工餘量的一半之和(外圓)或者之差(內孔)。

其中X0為每個檢測點X方向最終理論尺寸，δX該檢測點在X方向誤差量位即粗加工後的X方向餘量，δZ為該檢測點在Z方向誤差量位即粗加工後的Z方向餘量。

用測頭在零件每個輪廓交點附近測一個點，比較工件實際尺寸與半精加工理論尺寸的兩個方向誤差量，其中X方向誤差量δx＇＝X1＇－X0＇，Z方向誤差量δz＇＝Z1＇－Z0＇。

X0＇為每個檢測點X方向半精加工理論尺寸即X0+δx/2或X0－δx/2，X1＇為每個檢測點X方向半精加工後輪廓檢測尺寸，Z0＇為每個檢測點Z方向半精加工理論尺寸即Z0+δZ/2或Z0－δZ/2，Z1＇為每個檢測點X方向半精加工後輪廓檢測尺寸。

在一個實施例中，將各檢測點的兩個方向誤差量按順序保存記錄在車床數控系統中，優選每點的保存記錄在連續的地址位，如存儲在X方向刀補地址位：#10040(設40號刀為起點)，#10041，#10042，……，每點的δz依次存儲另一組連續的地址位，如存儲在Z方向刀補地址位：#11040(設40號刀為起點)，#11041，#11042，……。

(4)用另一把與半精加工一致的精加工車刀刀具精加工輪廓，加工參數與半精車加工輪廓一致，分段補償加工誤差，即

加工外圓時，各點X輸入值修改為X0－δx＇，Z輸入值修改為X0－δZ＇；加工內孔時，各點X輸入值修改為X0+δX＇，Z輸入值修改為X0+δZ＇。其中，X0該檢測點位最終理論輸入值，δX＇為該檢測點位X方向誤差量，δz＇為該點位Z方向誤差量。

通過精加工中的上述補償，即可實現對大型迴轉類零件的在線檢測自適應車削加工，克服因刀具磨損等因素導致的切削誤差。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。