[發明專利]一種五軸側銑加工刀具與工件變形誤差補償方法

有效

• 申請號: 201711212327.5
• 申請日: 2017-11-28
• 公開（公告）號: CN107942936B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 王立平;佀昊
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種五軸側銑加工刀具與工件變形誤差補償方法，該方法首先根據五軸側銑切削力模型計算銑削力，再分別利用懸臂梁模型和有限元模型計算出刀具和工件的變形量；考慮加工過程中刀具和工件變形對銑削力的反饋影響，采用迭代算法求解切削平衡狀態下的變形誤差；根據鏡像原理，修改當前刀具位置的刀尖點位置和刀軸傾斜角，并將更新后的刀具位置再次導入切削力模型，經過迭代計算之后，記錄平衡狀態下的刀具位置；將上述過程遍歷每一個刀位點，得到補償后的刀具軌跡。本發明有助于減小五軸側銑加工過程中銑削力引起的變形誤差，對于提高零件加工精度具有重要作用。本發明適用于采用球頭銑刀或圓鼻銑刀對航空薄壁件進行五軸側銑加工時的變形誤差補償。

技術領域

本發明涉及一種五軸側銑加工刀具與工件變形誤差補償方法，特別適用于采用球頭銑刀或圓鼻銑刀對航空薄壁件進行五軸側銑加工時的變形誤差補償，屬于機械機加工技術領域。

背景技術

航空薄壁件具有剛度低、精度要求高、表面復雜等特點，在航空工業中具有廣泛應用。五軸側銑加工是獲取此類零件的主要方式，在加工過程中，刀具和工件受到切削力作用極易發生彈性變形，嚴重影響了零件的尺寸精度。為了保證零件的合格率，工程實際中常采用多次走刀的方法。這種方法雖然可以有效減少誤差，但是隨之而來的是加工效率的降低，進而增加了制造時間和生產成本。因此，一些學者開始嘗試用離線刀軌補償的方式減少變形誤差，確保零件可以一次加工成功。

文獻1“Gao Y Y,Ma J W,Jia Z Y,et al.Tool path planning and machiningdeformation compensation in high-speed milling for difficult-to-machinematerial thin-walled parts with curved surface[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2016,84:1757-1767.”公開了一種可以減少薄壁零件在加工過程中由切削力引起變形誤差的有效方法，其主要通過修改刀具軌跡的方式來補償加工誤差。然而，該方法僅適用于帶有垂直側壁的薄壁零件，并不能用于五軸側銑加工。

文獻2“Ma W,He G,Zhu L,et al.Tool deflection error compensation infive-axis ball-end milling of sculptured surface[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2016,84:1421-1430.”公開了一種五軸銑削加工過程中變形誤差的補償方法，首先，對五軸機床的運動傳遞形式進行了分析；然后，預測刀具的變形誤差，運用鏡像原理獲取新的刀具位置；最后，將每個刀位點處的刀具位置信息綜合起來，得到補償后的刀具軌跡。然而，該方法只考慮了刀具變形對最終加工精度的影響，并不適用于薄壁零件的變形誤差補償。

發明內容

為了解決現有航空薄壁件變形誤差大、加工時間長等問題，本發明提供了一種五軸側銑加工刀具與工件變形誤差補償方法。

本發明是通過如下技術方案實現的。

一種五軸側銑加工刀具與工件變形誤差補償方法，該方法包括如下步驟：

1)建立加工過程的工件坐標系和刀具坐標系，工件坐標系O-XYZ是一個固定坐標系，該坐標系的原點和三個坐標軸的方向由編程人員自主設定，刀具坐標系O'-UVW是一個移動坐標系，該坐標系的原點O'位于刀尖點處，W軸沿著刀軸矢量豎直向上，U軸對應刀具瞬時進給方向，V軸根據右手定則確定；

2)將加工使用的刀具軌跡離散成M個刀位點，選取第m個刀位點，其中m＝1,2…M；