零件被加工表面幾何誤差的刀位規劃補償方法
2023-05-14 17:10:56
專利名稱：零件被加工表面幾何誤差的刀位規劃補償方法
技術領域：
零件被加工表面幾何誤差的刀位規劃補償方法屬於機械製造五軸數控加工中刀位規劃補償方法領域；
背景技術：
數控加工技術是現代製造技術的基礎，它的廣泛應用使普通機械被數控機械所代替，這使製造業發生了根本的變化，在數控加工中，加工待加工表面時，需要有刀位路徑文件來生成加工代碼，數控工具機根據加工代碼來加工待加工表面；刀位路徑文件主要由一系列的刀位點和刀位矢量構成，傳統方法生成刀位點和刀位矢量時，存在一定的誤差，為了減小這種誤差，就要進行刀位優化來生成新的刀位文件。&ikai，Kenji和Yamamoto，Hideaki 發明的日本專利NC DATA CORRECTING METHOD AND APPARATUS，即 JP2010176447 ；通過刀位點和刀位矢量重構被加工曲面，然後利用重構的被加工曲面進行刀位優化，進而能夠減小加工誤差；該專利的優點是被加工曲面信息是從刀位文件提取出來，然後再進行刀位優化， 僅需要刀位文件就可以優化刀位點和刀位矢量，提高加工精度；但是也存在缺點，就是這個專利在刀位優化的過程中沒有考慮跳動效應的影響；跳動效應是指在加工過程中，由於安裝誤差等原因，造成刀具中心和工具機主軸中心不重合形成的現象，該跳動效應顯著影響被加工表面的精度。
發明內容
本發明要解決的技術難題是克服現有技術的缺陷，採用規劃刀位點和刀位矢量的刀位補償方法，解決由於跳動效應引起的表面加工幾何誤差，提高被加工表面的幾何精度。本發明採用的技術方案是零件被加工表面幾何誤差的刀位規劃補償方法，首先測量出刀具中心和工具機主軸中心不重合產生的刀具跳動量，再利用刀具切削刃繞工具機主軸旋轉得到旋轉面來求解刀具包絡線，在求解包絡線的過程中找出刀具跳動對加工精度的影響規律，並利用此規律來規劃加工路徑；對於多刃切削刀具，刀具切削刃旋轉面的個數與刀具的切削刃個數相同；沿著初始刀位路徑面離散採樣一系列刀位點和對應的刀位矢量，在採樣的刀位點和刀位矢量處求解刀具包絡線，所有採樣刀位點和刀位矢量處的刀具包絡線構成刀具沿著初始刀位路徑面的掃略面；沿著初始刀位路徑面分別計算每個切削刃旋轉面的切削刃掃掠面，定義切削刃掃略面與被加工表面之間的法線距離為被加工表面的表面幾何誤差，每個切削刃掃略面對應著一個被加工表面的表面幾何誤差面；再比較所有切削刃對應的被加工表面的表面幾何誤差曲面，最終得到被加工表面的綜合表面幾何誤差曲面；最後，利用最小二乘原理優化刀位軌跡面得到規劃後的刀位軌跡面；具體步驟如下1.利用現有的商業軟體UG生成被加工表面生成被加工表面的初始刀位路徑文件；或用商業軟體Imageware偏置被加工表面生成被加工表面的初始刀位路徑文件；2.利用刀位點和刀位矢量來構造雙非均勻B樣條曲面，該雙非均勻B樣條曲面表示初始刀位路徑曲面；即
sf (t, v) = vCl(t) + (l-v)C2(t) t, ν e
其中Cl(t)是刀具軌跡面頂部邊界曲線，C2(t)是刀具軌跡面底部邊界曲線； Sf(t, ν)表示初始刀位路徑曲面上位於(t，ν)的點，t是刀具軌跡面邊界曲線的t方向坐標，V是刀具軸線方向坐標；3.用偏心距P和位置角λ兩個參數來定義刀具跳動效應；4.利用偏心距P和位置角λ建立立銑刀切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面方程， 坐標系原點建立在主軸旋轉中心處，依據右手螺旋法則建立笛卡爾坐標系，求解所有刀具切削刃繞工具機主軸旋轉形成的旋轉面第一個切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面 Sfljf (α, θ)=
cosii -Sin^
sin cosii
O O
O
O
p + Rcos(e + X) p + Rsm(6 + X)
湖/tan βα e
θ為滯后角，α是旋轉角，R是立銑刀的半徑，β是立銑刀的螺旋角，P是偏心距即工具機主軸中心到刀具中心之間的距離，λ是位置角；第二個切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面
O,的=
cosa -Sin^
siim O
cos O
O O
α e
第三個切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面 cos -sin O O
sO々)=
cosii
O
O
α e
第四個切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面 4th
(α, θ)
cosa -sma
sma cosa
O O
O
O
ρ + Rqos{6 + λ + π /2) ρ + Rsm{6 + λ + π /2) 湖/tan β
p + RQOs{6 + X + n ρ + Rsm{6 + λ + π) Re/tm β
'ρ +Rcos(e +λ+ >π/2) p + i sin(6> + A + 3^/2) Re/tm βα e
上式中，sflst(a，θ),Sf2nd(a , θ), sf3rd(a , θ)和 sf4th(a，θ )分別表示刀具第一個，第二個，第三個和第四個切削刃繞主軸中心旋轉形成的旋轉面在(a，Θ)處的點；當立銑刀有η個切削刃的情況下，第i個切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面可以表示為
權利要求
1.零件被加工表面幾何誤差的刀位規劃補償方法，其特徵是，首先測量出刀具中心和工具機主軸中心不重合產生的刀具跳動量，再利用刀具切削刃繞工具機主軸旋轉得到旋轉面來求解刀具包絡線，在求解包絡線的過程中找出刀具跳動對加工精度的影響規律，並利用此規律來規劃加工路徑；對於多刃切削刀具，刀具切削刃旋轉面的個數與刀具的切削刃個數相同；沿著初始刀位路徑面離散採樣一系列刀位點和對應的刀位矢量，在採樣的刀位點和刀位矢量處求解刀具包絡線，所有採樣刀位點和刀位矢量處的刀具包絡線構成刀具沿著初始刀位路徑面的掃略面；沿著初始刀位路徑面分別計算每個切削刃旋轉面的切削刃掃掠面，定義切削刃掃略面與被加工表面之間的法線距離為被加工表面的表面幾何誤差，每個切削刃掃略面對應著一個被加工表面的表面幾何誤差面；再比較所有切削刃對應的被加工表面的表面幾何誤差曲面，最終得到被加工表面的綜合表面幾何誤差曲面；最後，利用最小二乘原理優化刀位軌跡面得到規劃後的刀位軌跡面；具體步驟如下(1)利用現有的商業軟體UG生成被加工表面生成被加工表面的初始刀位路徑文件；或用商業軟體Imageware偏置被加工表面生成被加工表面的初始刀位路徑文件；(2)利用刀位點和刀位矢量來構造雙非均勻B樣條曲面，該雙非均勻B樣條曲面表示初始刀位路徑曲面；即sf (t, v) = vCl(t) +(1-v) C2(t)t, ν e
其中Cl(t)是刀具軌跡面頂部邊界曲線，C2(t)是刀具軌跡面底部邊界曲線；sf(t，v) 表示初始刀位路徑曲面上位於(t，ν)的點，t是刀具軌跡面邊界曲線的t方向坐標，ν是刀具軸線方向坐標；(3)用偏心距P和位置角λ兩個參數來定義刀具跳動效應；(4)利用偏心距P和位置角λ建立立銑刀切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面方程，坐標系原點建立在主軸旋轉中心處，依據右手螺旋法則建立笛卡爾坐標系，求解所有刀具切削刃繞工具機主軸旋轉形成的旋轉面第一個切削刃繞主軸旋轉形成的旋轉面
全文摘要
本發明零件被加工表面幾何誤差的刀位規劃補償方法屬於五軸數控加工中刀位規劃補償方法領域。該方法首先測量出刀具中心和工具機主軸中心不重合產生的刀具跳動量，再利用刀具切削刃繞主軸旋轉得到旋轉面來求解刀具包絡線，找出刀具跳動對加工精度的影響規律，並利用此規律來規劃加工路徑；離散採樣初始刀位路徑面，在所有採樣點處求解刀具包絡線構成掃掠面；求解各個切削刃掃掠面對應的被加工表面的表面幾何誤差曲面，綜合所有切削刃掃掠面對應的表面幾何誤差曲面得到綜合表面幾何誤差曲面，利用該曲面和初始刀位路徑面進行最小二乘刀位優化得到規劃後的刀位路徑曲面。本發明能夠減小由於刀具跳動效應引起的表面幾何誤差，有效地提高了加工精度。
文檔編號G05B19/404GK102411337SQ20111039718
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月2日 優先權日2011年12月2日
發明者孫玉文, 賈振元, 郭東明, 郭強, 高航 申請人:大連理工大學