文章--曲面加工精度

1、曲面加工精度的研究隨著社會(huì)的發(fā)展，機(jī)械零件或模具為了滿足一定的力學(xué)性能或是符合人們的審美要求，在設(shè)計(jì)中往往采用曲面結(jié)構(gòu)甚至是復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，而這類(lèi)曲面加工主要是由數(shù)控銃床或加工中心等多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床來(lái)完成，因而如何提高曲面的加工精度一直是數(shù)控領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問(wèn)題。提高加工精度也就意味著減少加工誤差，因此本文將重點(diǎn)分析零件由圖紙變?yōu)槌善返母鱾€(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生誤差的原因，并提出相應(yīng)的解決辦法，以此來(lái)研究如何提高曲面加工精度。曲面零件在數(shù)控加工過(guò)程中，誤差的來(lái)源主要可以分為曲面加工的編程誤差、數(shù)控加工工藝系統(tǒng)的誤差、數(shù)控控制系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)的誤差以及人員的操作誤差四個(gè)方面。本文將從上述四個(gè)方面分析曲面零件在加工過(guò)程中

2、的誤差，并通過(guò)相應(yīng)措施來(lái)來(lái)提高曲面的加工精度。1、曲面加工的編程誤差曲面加工的編程誤差是曲面加工誤差來(lái)源的重要方面，曲面加工的編程誤差又可以分為逼近誤差、數(shù)值計(jì)算誤差、選擇不合理誤差和檢驗(yàn)誤差四個(gè)方面。下面將對(duì)這四個(gè)方面的誤差做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。1.1 逼近誤差在曲面數(shù)控加工編程中，用樣條曲面來(lái)近似逼近或擬合時(shí)，則所表示的曲面形狀與零件原始曲面形狀之間的差值,即為逼近誤差或擬合誤差。該項(xiàng)誤誤差只出現(xiàn)在用列表型值點(diǎn)表示曲面加工中，該項(xiàng)誤差主要取決于參考測(cè)量輪廓誤差、測(cè)量誤差、型值點(diǎn)有限性誤差，因而為了提高曲面加工時(shí)的逼近誤差，應(yīng)當(dāng)盡可能提高測(cè)量精度、增加測(cè)量點(diǎn)，使用合理的曲面造型方法，對(duì)其插值、擬合

3、，進(jìn)行較好的光順處理。1.2 數(shù)值計(jì)算誤差數(shù)值計(jì)算誤差根據(jù)誤差的來(lái)源不同，又可以細(xì)分為插補(bǔ)誤差、行距誤差和圓整誤差三個(gè)方面，具體介紹如下：插補(bǔ)誤差：當(dāng)用直線或圓弧逼近曲面輪廓曲線時(shí)，逼近曲線與實(shí)際曲面輪廓曲線之間的最大差值，稱為插補(bǔ)誤差。根據(jù)數(shù)控加工原理，在多軸加工曲面中系統(tǒng)插補(bǔ)所產(chǎn)生的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡大多是由若干微小直線段（或圓弧段構(gòu)成曲面上某曲線（參數(shù)線或截面線的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。根據(jù)插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，本文提出了如下幾種減小插補(bǔ)誤差的辦法:1縮小插補(bǔ)步長(zhǎng)法。對(duì)同樣的曲線進(jìn)行插補(bǔ)時(shí)，縮小插補(bǔ)步長(zhǎng)，可以減少逼近曲線和實(shí)際曲線之間的最大差值,從而減小插補(bǔ)誤差。2法矢轉(zhuǎn)動(dòng)誤差補(bǔ)償法。具體操作是將刀距沿加工表

4、面法向矢量方向向外移動(dòng)一定距離，使刀心到加工表面的距離接近刀具的半徑。3容差對(duì)稱法。為了使刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡更加接近曲面的實(shí)際輪廓，按照最小二乘原理，將插補(bǔ)誤差在密切平面內(nèi)相對(duì)曲面理論輪廓做對(duì)稱偏置補(bǔ)償，即對(duì)加工凸曲面產(chǎn)生的負(fù)向誤差，使刀心沿曲面法向輪廓向外偏移一個(gè)修正量，對(duì)于凹曲面產(chǎn)生的正向誤差，使刀心沿曲面法向輪廓向內(nèi)偏移一個(gè)修正量。行距誤差：在進(jìn)行刀具路徑規(guī)劃時(shí)，由切削行距所引起的加工誤差，稱為行距誤差。切削行距也稱作切削行寬度，具體選擇和道具以及曲面的加工精度要求有關(guān)。就曲面的精加工而言，實(shí)際編程中控制殘余高度是通過(guò)改變刀軌形式和調(diào)整行距來(lái)完成的，一般將最大殘余高度控制在所要求的平面粗糙度

5、之內(nèi)。為了達(dá)到一定的加工精度，并保證一定的加工效率，盡量使所有曲面上的殘余高度盡量一致，也就使面內(nèi)行距在所有平面內(nèi)保持一致。一般來(lái)說(shuō)，曲面加工用手工編程時(shí)，通過(guò)限制切削行進(jìn)給步長(zhǎng)參數(shù)的增量來(lái)保證加工精度；復(fù)雜曲面加工用自動(dòng)編程時(shí)，通過(guò)對(duì)話框限制行距參數(shù)來(lái)保證加工精度。圓整誤差：在數(shù)據(jù)處理（計(jì)算曲面曲線的基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)或圓心的坐標(biāo)時(shí)，將計(jì)算值中小于一個(gè)脈沖當(dāng)量的數(shù)值,用4舍5入法圓整成整數(shù)脈沖值時(shí)所產(chǎn)生的誤差。圓整誤差的值不超過(guò)當(dāng)量脈沖的一半。為了減小圓整誤差，在編程過(guò)程中應(yīng)該使用基準(zhǔn)重合和絕對(duì)坐標(biāo)編程，以防圓整誤差的累積。1.3 選擇不合理誤差選擇不合理誤差也可以卞g據(jù)誤差來(lái)源地不同，分為刀具誤差

6、、切削參數(shù)誤差、起到點(diǎn)和進(jìn)退刀方式誤差、檢驗(yàn)誤差共四種，以下將分別詳細(xì)介紹。刀具誤差：根據(jù)加工曲面的特征和加工要求，對(duì)刀具的選擇應(yīng)當(dāng)著重考慮道具的形狀結(jié)構(gòu)、制造材料、尺寸參數(shù)等來(lái)保證曲面的加工精度。編程時(shí)產(chǎn)生的刀具誤差主要是由刀具的尺寸產(chǎn)生的。為了減少刀具誤差，編程時(shí)應(yīng)當(dāng)主要考慮一下幾個(gè)方面:1刀具半徑應(yīng)小于加工表面凹處的最小曲率半徑，這樣可以保證刀具能夠加工曲面表面上的任何點(diǎn)而不傷及已加工或者待加工表面2加工效率，刀具的半徑越大，曲面殘留高度越大，即加工精度較低，但是此時(shí)加工效率高，反之，刀具的半徑越小，加工精度高，但是加工效率較低，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)曲面精度要求和加工效率選擇合適的刀具尺寸3所取

7、刀具半徑應(yīng)盡量符合規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)系列4刀具的大小應(yīng)與加工表面的大小相匹配,不應(yīng)用已很大的刀具加工一小表面，這樣容易產(chǎn)生干涉。切削參數(shù)誤差：編程時(shí)選擇切削參數(shù)主要有主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削深度等，由這些參數(shù)所以起的曲面加工誤差稱為切削參數(shù)誤差，其中進(jìn)給速度是影響插補(bǔ)精度的主要因素。顯然，進(jìn)給速度越小，步長(zhǎng)越短，插補(bǔ)精度越高。起刀點(diǎn)、進(jìn)退刀方式誤差：起到點(diǎn)是曲面加工之前開(kāi)始以進(jìn)給速度進(jìn)到時(shí)的刀具位置，起刀點(diǎn)一般選擇在被加工曲面的上方或是曲面坯料之外相對(duì)較空的地方，以避免高速轉(zhuǎn)動(dòng)的刀具與被加工件之間發(fā)生碰撞，損傷型面和刀具。進(jìn)退刀方式是指刀具接近或離開(kāi)被加工表面的運(yùn)動(dòng)方式和運(yùn)動(dòng)路線，在曲面精加工中，一般

8、地，凸曲面通常選擇沿曲面的切矢量方向或沿輪廓的圓弧方向進(jìn)退刀；凹曲面通常選擇沿輪廓的圓弧方向或沿螺旋方向進(jìn)退刀。這樣可以避免刀具在工件進(jìn)退刀處留下痕跡，保護(hù)曲面已加工表面，確保加工精度。檢驗(yàn)誤差：檢驗(yàn)誤差包括干涉誤差和后置處理誤差兩個(gè)方面。干涉誤差為刀具加工點(diǎn)與曲面干涉所引起的加工誤差。為了減小干涉誤差，編程前需要用CAM軟件將刀位軌跡顯示出來(lái)，以便判斷在曲面加工過(guò)程中是否發(fā)生過(guò)切、欠切或碰撞等干涉現(xiàn)象；同時(shí)判斷所選擇的刀具、進(jìn)退刀方式、走刀路線是否合理。后置處理誤差為刀位文件進(jìn)行后置處理進(jìn)行程序檢驗(yàn)時(shí)引起的誤差。后置處理是把刀位源文件轉(zhuǎn)化成為數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控程序的過(guò)程，誤差的產(chǎn)生主要來(lái)源

9、于轉(zhuǎn)角走向問(wèn)題、刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償問(wèn)題和加工進(jìn)給率。應(yīng)當(dāng)著重在這三方面來(lái)考慮減小誤差。2數(shù)控加工工藝系統(tǒng)誤差數(shù)控加工工藝系統(tǒng)包括機(jī)床、夾具、刀具和工件，這些是產(chǎn)生曲面加工誤差的重要原因,對(duì)加工精度的影響非常復(fù)雜，涵蓋面也比較廣，本文僅對(duì)一些重要方面進(jìn)行分析，包括機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度、工藝系統(tǒng)的震動(dòng)和受力變形和工藝系統(tǒng)的熱變形三個(gè)方面。機(jī)床運(yùn)動(dòng)精度：機(jī)床的定位誤差主要受控制系統(tǒng)（如伺服電路、反饋裝置和進(jìn)給系統(tǒng)（如滾珠絲桿螺母副等的影響；機(jī)床的運(yùn)動(dòng)誤差主要由各導(dǎo)軌副的誤差（如機(jī)床本身的制造、裝配精度所引起的。就機(jī)床本體而言，提高各導(dǎo)軌副的制造和裝配精度是提高曲面加工精度的有效措施。工藝系統(tǒng)的震動(dòng)和受力變形：工藝

10、系統(tǒng)的震動(dòng)和受力變形對(duì)曲面加工的質(zhì)量有重要影響，為了提高加工精度需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)考慮：1合理選擇切削用量2提高機(jī)床抗振性能和剛性3提高數(shù)控機(jī)床主軸部件的動(dòng)態(tài)特性和剛性4合理地定位與夾緊工件5提高刀具部件剛性。工藝系統(tǒng)的熱變形：在曲面數(shù)控加工時(shí)，工藝系統(tǒng)受到切削熱、摩擦熱、環(huán)境熱等多種熱源的影響工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)曲面加工精度有很大影響。為了減少工藝系統(tǒng)的熱變形對(duì)曲面加工精度的影響，生產(chǎn)中通常根據(jù)不同的刀具和工件材料，采用切削液或強(qiáng)風(fēng)冷卻、優(yōu)化刀刃角度等措施，強(qiáng)制提高工藝系統(tǒng)的散熱能力，降低切削熱引起的熱變形提高曲面的加工精度。3數(shù)控控制系統(tǒng)和進(jìn)給系統(tǒng)誤差曲面加工數(shù)控系統(tǒng)一般使用閉環(huán)或半

11、閉環(huán)系統(tǒng)。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，環(huán)路內(nèi)部誤差由系統(tǒng)本身進(jìn)行反饋補(bǔ)償，而環(huán)路外如絲桿螺母副的反向間隙、螺距累積誤差等進(jìn)給傳動(dòng)鏈誤差是系統(tǒng)誤差的主要因素。為了減少上述原因產(chǎn)生的曲面加工誤差，應(yīng)當(dāng)定期調(diào)整和檢測(cè)環(huán)外傳動(dòng)鏈（如絲桿螺母副、齒輪傳動(dòng)副等的間隙和誤差，通過(guò)用戶參數(shù)設(shè)置輸入數(shù)控系統(tǒng)相應(yīng)的補(bǔ)償參數(shù)中，并通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償功能而得到消除。4人員操作誤差機(jī)器是由人操作的，提高操作者的業(yè)務(wù)水平，能夠防止一些因?yàn)槿藶椴僮魇д`所產(chǎn)生的誤差，另外對(duì)于一些經(jīng)驗(yàn)豐富的操作者，他們熟悉機(jī)床的特點(diǎn)，也能夠根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)通過(guò)一些調(diào)整來(lái)提高曲面的加工精度，因而高業(yè)務(wù)水平的員工對(duì)提高曲面精度也有重要影響。綜上，我們得知，數(shù)控曲面加工是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，曲面的加工精度和很多原因有直接關(guān)系，為了提高某一曲面的加工精度，我們應(yīng)該在影響曲面精度的各個(gè)方面的同時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，而不是單純的對(duì)某一因素進(jìn)行