[發(fā)明專利]薄壁曲面零件加工質(zhì)量缺陷區(qū)域計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210303822.8
• 申請(qǐng)日: 2012-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102799143A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王偉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/406
• 分類號(hào): G05B19/406
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄壁曲面零件的制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及薄壁曲面零件的五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床銑削加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是指在一臺(tái)機(jī)床上有五個(gè)坐標(biāo)軸,包括三個(gè)平動(dòng)坐標(biāo)軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸，機(jī)床的各坐標(biāo)軸在計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的控制下按一定的速度同時(shí)到達(dá)某一個(gè)設(shè)定的點(diǎn)，協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行加工，特別適用用于加工復(fù)雜曲面零件。通常薄壁曲面零件的加工質(zhì)量控制最為困難，一方面數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸間的不同配合狀態(tài)可能引起機(jī)床加工時(shí)剛度的實(shí)時(shí)變化，另一方面零件在切削力的作用下也可能引起零件的加工變形。機(jī)床和零件兩方面因素疊加使得薄壁曲面零件的表面加工質(zhì)量成為難點(diǎn)，極易引起曲面局部的表面質(zhì)量缺陷，出現(xiàn)粗糙度、波紋度下降以及切削折痕，導(dǎo)致零件質(zhì)量不合格，造成成本的浪費(fèi)和效率的損失?，F(xiàn)有方法中缺少對(duì)薄壁曲面零件加工前表面質(zhì)量的缺陷預(yù)測(cè)，如果能在加工零件之前根據(jù)零件特性和機(jī)床運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)測(cè)出零件表面質(zhì)量缺陷區(qū)域，就可以在工藝實(shí)施中對(duì)于缺陷區(qū)域設(shè)定不同的加工工藝方案，保障零件的加工質(zhì)量和提高零件加工的成品率。

由于企業(yè)對(duì)薄壁曲面零件質(zhì)量控制的需求，基于薄壁曲面零件表面質(zhì)量缺陷區(qū)域的快速計(jì)算成為一技術(shù)要點(diǎn)。由此可在切削前預(yù)知零件加工表面質(zhì)量缺陷區(qū)域，針對(duì)表面質(zhì)量缺陷區(qū)域設(shè)定不同的加工工藝，從而為零件的工藝優(yōu)化和精度保障提供依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了快速計(jì)算五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床（以下簡(jiǎn)稱機(jī)床）在切削零件時(shí)的加工質(zhì)量缺陷區(qū)域從而提高機(jī)床加工薄壁曲面零件的表面質(zhì)量，提出了一種薄壁曲面零件加工表面質(zhì)量缺陷快速計(jì)算方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案：薄壁曲面零件加工表面質(zhì)量缺陷快速計(jì)算方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1.產(chǎn)生機(jī)床銑削薄壁曲面零件的各坐標(biāo)軸數(shù)控指令；

步驟2：計(jì)算產(chǎn)生機(jī)床加工薄壁曲面零件的剛度分布：根據(jù)步驟1中得到的機(jī)床各坐標(biāo)軸數(shù)控指令，計(jì)算機(jī)床銑削薄壁曲面零件過(guò)程中各坐標(biāo)軸合成的剛度矩陣，將剛度矩陣沿零件法線方向投影，得到加工過(guò)程中機(jī)床的剛度分布；

步驟3：計(jì)算產(chǎn)生薄壁曲面零件在加工過(guò)程中自身的剛度分布；

步驟4：計(jì)算薄壁曲面零件的加工質(zhì)量缺陷區(qū)域：將步驟2中得到的機(jī)床銑削薄壁曲面零件過(guò)程中沿零件法線方向的剛度分布與步驟3中得到的薄壁曲面零件在不同位置處的法向剛度分布相疊加，得到加工過(guò)程中機(jī)床和薄壁曲面零件的剛度綜合對(duì)比圖，由此得出薄壁曲面零件的加工質(zhì)量缺陷區(qū)域。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明通過(guò)機(jī)床和薄壁曲面零件的法向剛度分布計(jì)算，產(chǎn)生加工過(guò)程中的機(jī)床和零件自身的剛度分布綜合對(duì)比圖，從而得到薄壁曲面零件加工質(zhì)量缺陷區(qū)域，由此可在加工前計(jì)算出零件加工質(zhì)量的缺陷區(qū)域，針對(duì)加工質(zhì)量缺陷區(qū)域設(shè)定不同的加工工藝，從而為零件的工藝優(yōu)化和精度保障提供依據(jù)，使薄壁曲面零件加工具備更好的精度控制效果，降低零件的加工成本，提供加工效率。

附圖說(shuō)明

圖1是發(fā)明步驟1中S形曲面零件模型及切削路徑示意圖。

圖2是本發(fā)明的機(jī)床V51030ABJ加工S形曲面剛度分布圖。

圖3是本發(fā)明的步驟3中S曲面有限元模型示意圖。

圖4是本發(fā)明的步驟3中S曲面在加工過(guò)程的法向變形示意圖。

圖5是本發(fā)明的步驟3中S形曲面不同各位置處的法向剛度示意圖。

圖6是本發(fā)明的五軸數(shù)控機(jī)床加工S形曲面剛度綜合對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明：一種薄壁曲面零件加工表面質(zhì)量缺陷快速計(jì)算方法，包括如下步驟：

步驟1.產(chǎn)生機(jī)床銑削薄壁曲面零件的各坐標(biāo)軸數(shù)控指令：在計(jì)算機(jī)輔助制造CAM軟件中創(chuàng)建加工零件模型，設(shè)定銑削路徑，產(chǎn)生零件加工的前置指令（x、y、z、i、j、k），所述前置指令中x、y和z分別代表刀具加工點(diǎn)的空間位移坐標(biāo)，i、j、k分別代表刀具加工點(diǎn)的空間向量的方向，再選定機(jī)床類型后生成機(jī)床各坐標(biāo)軸的數(shù)控指令，所述數(shù)控指令可以表示為（X、Y、Z、A、B）或（X、Y、Z、A、C）或（X、Y、Z、B、C），X、Y、Z分別表示機(jī)床各坐標(biāo)軸中平動(dòng)軸數(shù)控指令，A、B和C分別表示機(jī)床各坐標(biāo)軸中旋轉(zhuǎn)軸數(shù)控指令。

本實(shí)施例中，以刀具兩擺的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床（型號(hào)為V51030ABJ）加工薄壁曲面零件（本實(shí)施例選擇S形薄壁曲面零件為例進(jìn)行說(shuō)明），如圖1所示在三維建模軟件（如UG）中建立薄壁零件曲面模型，設(shè)定銑削路徑，產(chǎn)生前置指令（x、y、z、i、j、k），生成S形薄壁曲面零件加工過(guò)程中機(jī)床各坐標(biāo)軸的數(shù)控指令（X、Y、Z、A、B）。