复杂曲面数控加工误差研究.docx

复杂曲面数控加工误差研究摘要：复杂曲面数控加工中存在的误差降低了数控加工的精度。导致加工误差产生的原因较多如加工刀具的几何误差、工艺系统的制造误差、热力变形误差等。复杂曲面数控加工误差主要包括刀轴转动误差和直线逼近误差。控制或补偿这些误差能够有效地提高复杂曲面数控加工的质量。关键词：复杂曲面；数控加工；误差补偿；三轴数控中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1009-2374（2013）13-0027-02近年来复杂曲面在模具、汽车、宇航等行业的应用越来越广泛。随着工业技术的日新月异工业生产对复杂曲面的尺寸精度与复杂形状零件的质量要求越来越高对数控加工的要求也越来越高。通常情况下复杂曲面的加工均需要采用数控加工技术以确保加工的精度与效率。影响复杂曲面数控加工精度的因素较多如刀具材料、CNC机床、曲面模型、曲面加工方法等。在实际的复杂曲面数控加工中刀具的理论运动轨迹和插补运动轨迹之间会存在着一些误差从而造成理论曲面和实际加工曲面之间误差的产生。在控制不严格的情况下甚至会产生较大的复杂曲面数控加工误差严重降低了数控加工的效率。1数控加工分析2复杂曲面数控加工误差分析复杂曲面数控加工误差产生的原因主要包括加工刀具的几何误差、加工曲面和加工刀具间的几何运动误差、工艺系统的制造误差、热力变形误差以及编程计算误差等。通常复杂曲面数控加工误差可以分为刀轴摆动误差和直线逼近误差。在复杂曲面数控加工的过程中产生误差最大的部位是插补段的中点附近此处的误差主要由最大转动误差与最大直线逼近误差构成。转动误差指的是法向矢量转动误差影响转动误差大小的因素主要有刀具半径、加工步长经过的曲面弧长、加工曲面的法曲率。直线逼近误差主要受数控加工的复杂曲面形状的影响而和加工刀具没有太大关联。总而言之刀具半径、走刀线路、走刀步长、被加工曲面的几何形状以及多轴联动机构的结构形式等是影响复杂曲面数控加工误差的主要因素。在复杂曲面数控加工中补插段内的中点附近往往会产生最大的加工误差。插补弦长直接决定着直线逼近误差如果要降低直线逼近误差就需要合理控制刀具进给速度和插补周期。3复杂曲面数控加工误差控制3.1刀轴转动误差补偿如果复杂曲面数控加工过程中加工表面沿着走刀方向是凸曲线的话刀具切触点的运行轨迹就是凹曲线。这种情况下会产生较大的加工误差刀轴转动误差和直线逼近误差的和较大若是采用刀具切触点偏置法就能够在一定程度上补偿刀轴转动误差进而降低总误差。沿着加工表面外法向矢量方向把刀具切触点A移动至A'点将A'点当作新的刀具切触点从而改变复杂曲面数控加工误差的分布实现复杂曲面数控加工误差补偿的目的详细情况见图2。如果复杂曲面数控加工的加工表面沿着走刀方向是凹曲线直线逼近误差δ1大于刀轴转动误差δn时将不会产生超差因此不用进行加工误差补偿。刀轴转动误差补偿需要根据加工时的具体情况采用恰当的方法加以控制。3.2直线逼近误差控制在复杂曲面数控加工中会存在直线向曲面逼近的情况而只要存在这种情况就会产生直线逼近误差δ1即插补运动会不可避免地产生直线逼近误差δ1。通常情况下只能降低或控制直线逼近误差而无法完全消除直线逼近误差或补偿直线逼近误差。直线逼近误差的控制方法主要包括插补弦长控制、插补周期控制以及刀具进给速度控制。首先插补弦长控制。在复杂曲面数控加工的加工曲面保持不变时插补段内沿进给方向的法曲率就是一个定值。此时影响直线逼近误差的因素只有插补弦长并且直线逼近误差和插补弦长的平方成正比。因此减少插补弦长就能够在一定程度上降低复杂曲面数控加工中的直线逼近误差。如果ε是直线逼近误差的极限即ε≥δ1那么ε>|Kf|L2/8。在复杂曲面数控加工中如果插补弦长需要控制在一定的范围内以确保加工的精度。因此适当地缩短插补弦长是降低直线逼近误差提高复杂曲面数控加工精度的重要措施。必须注意的是不可以无限缩短插补弦长在数控加工中数控系统的插补周期与刀具的进给速度共同决定了插补弦长的大小。其次插补周期与进给速度的控制。在复杂曲面数控加工中数控系统进给速度与插补周期直接影响着插补弦长。通常而言数控系统设定了插补周期操作者设定了进给速度。在进给速度保持不变的条件下越小的插补周期就会有越小的插补弦长也就会有越小的直线逼近误差。与之类似在插补周期保持不变的条件下越小的进给速度就会有越小的插补弦长也就有着越小的直线逼近误差。因此选用相对较小的插补周期的数控系统数控加工时尽量降低刀具的进给速度能够有效地降低复杂曲面数控加工的误差。值得一提的是在数控铣削加工中曲线加工中的插补误差和刀具轨迹往复造成的切削行残留高度均影响着复杂曲面数控加工的精度。在实