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多軸加工中一種提高葉輪加工精度的方法
泰州技師學(xué)院 劉培培 2019/2/8 9:08:25
摘要：本文主要研究多軸加工刀具軌跡的生成問題.在多軸加工中，可以利用控制系統(tǒng)中刀具中心點(TCP)的坐標(biāo)變換來控制刀具軌跡，或者控制系統(tǒng)中的這些變換是不可用的，需要在后置處理器中使用這些變換。但是，如果不使用TCP，所需的工具路徑公差就不會得到控制。因此，在后處理器中提出了一種動態(tài)生成新刀具路徑點的算法，以保持所需的公差，保證制造精度。該算法在葉輪葉片加工的后處理程序和數(shù)控程序生成中得到了驗證。通過后處理器重新計算的工具路徑滿足所需的公差。
關(guān)鍵詞：葉輪 多軸加工 后處理 插值 加工精度
葉輪加工是多軸加工中最復(fù)雜的技術(shù)之一。加工過程中的許多誤差都與被加工零件的產(chǎn)生誤差有關(guān)。這些誤差可能是由機床、工具的特定精度、機床-工件系統(tǒng)剛度的影響以及熱效應(yīng)引起的。然而，無論是在控制系統(tǒng)上還是在CAD/CAM系統(tǒng)上，數(shù)據(jù)處理也會產(chǎn)生誤差。復(fù)雜零件加工數(shù)據(jù)的合理準(zhǔn)備問題已被許多學(xué)者所討論。其中，介紹了一種補償五軸加工過程中幾何誤差的方法。該方法首先對機床轉(zhuǎn)軸引起的幾何誤差進行補償，然后對直線軸引起的誤差進行補償。并提出，多軸連續(xù)加工的刀具軌跡可分為兩種加工方式。第一個可以基于稱為工具中心點(TCP)的轉(zhuǎn)換，這些轉(zhuǎn)換包含在控制系統(tǒng)中(例如TRAORI或TCPM等)。在第二種情況下，可以使用后處理器中的轉(zhuǎn)換來計算工具路徑。在某些情況下，不能使用控制系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)換TCP�？刂葡到y(tǒng)不支持機床軸的運動學(xué)配置，這是導(dǎo)致TCP不能使用的主要原因。第二個原因是技術(shù)人員不想使用TCP，因為機床用戶很難修改工具路徑。
旋轉(zhuǎn)軸在所謂的靜止點附近的運動也會引起幾何誤差。這些是刀具與機床的旋轉(zhuǎn)軸達到平行度的點。在這些點上，機床執(zhí)行旋轉(zhuǎn)軸的附加運動，以便數(shù)控程序中的下一個點可以通過線性插補來實現(xiàn)。然而，它會在零件表面引起誤差。誤差取決于工具的參考點對旋轉(zhuǎn)軸的實際旋轉(zhuǎn)半徑。以往減少這些誤差的方法是將刀具路徑的部分替換為避免固定點的不同的工具路徑，該算法只適用于點銑削，而不適用于側(cè)面銑削。在這種情況下，必須接受CAM系統(tǒng)計算出的刀具軌跡。另一種解決方案是通過增加工具路徑點的插值來處理這一問題。方法是沿刀具軌跡保持刀具軸到工件表面的方向，以避免工件表面的下切。然而，該算法僅基于在連續(xù)兩個NC程序段中預(yù)先設(shè)定的最大可能的角坐標(biāo)變化的假設(shè)。對于所有計算刀具參考點相對位置和當(dāng)前旋轉(zhuǎn)軸的情況，這種變化都是恒定的。刀具路徑的新插值點數(shù)不受所需刀具路徑公差的控制。如果我們假設(shè)在接下來的兩個段中角坐標(biāo)的變化是相同的，那么在刀具的參考點和當(dāng)前的旋轉(zhuǎn)軸之間的更遠的距離上，同樣數(shù)目的點被插值，就像在較短的距離上一樣。這可能會對進給速度特性產(chǎn)生影響，因為當(dāng)過多的刀具軌跡被插值時，會導(dǎo)致機床軸的增量很小。因此，控制系統(tǒng)可能無法達到所需的進給率。需要強調(diào)的是，這些錯誤也可能出現(xiàn)在工具路徑的其他領(lǐng)域。其主要缺點是算法不受用戶指定的刀具路徑公差的控制。
為此，本文提出了一種后處理器中刀具軌跡的插補方法，該方法由給定的刀具路徑公差控制。
利用傾斜工作臺(旋轉(zhuǎn)軸B和C)的五軸加工中心后處理器進行了測試，驗證刀具軌跡插補算法的功能，針對葉輪進行測試，葉片采用側(cè)面銑削操作進行加工。結(jié)果表明，在沒有插值的情況下從 cam 系統(tǒng)生成的刀具路徑顯示的偏差約為百分之一到十分之一毫米，而公差為±0.003 mm。
使用公差插補算法，測試了ΔT (0.03mm和0.01mm，0.005 mm，0.001 mm)四種公差值的影響。段數(shù)e在5-15段范圍內(nèi)測試。包含用于加工葉片的NC程序的新生成塊的數(shù)目。經(jīng)驗證，10段e值最令人滿意。
可以清楚地看到，內(nèi)插刀具路徑比沒有內(nèi)插的原始刀具路徑包含更多的點。加工后的葉片表面模擬結(jié)果顯示。在沒有插值的情況下，用原路徑加工過的表面可以看到一些殘留的材料。但是，表面沒有剩余的材料是用新插補的刀具路徑加工的，公差ΔT設(shè)置為0.01 mm，葉片表面對應(yīng)于葉片模型。結(jié)果表明，插補刀軌跡滿足要求的公差。
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