一種五軸加工中心刀具變形誤差補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)控加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種五軸加工中心刀具變形誤差補(bǔ)償方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在實(shí)際的加工過(guò)程中，銑削加工系統(tǒng)一般由機(jī)床、刀具、夾具、工件等幾部分構(gòu)成， 其中機(jī)床和夾具的剛度一般認(rèn)為是足夠的，工件（非薄壁件）變形量也比較小，而刀具的剛 性相對(duì)比較脆弱，銑削系統(tǒng)中刀具的變形是一個(gè)無(wú)法避免的問(wèn)題，尤其是使用"細(xì)長(zhǎng)桿"刀 具加工時(shí)，刀具的變形是不可忽略的，其在切削力的作用下容易發(fā)生彎曲變形，是引起加工 表面幾何誤差的主要因素。五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)在復(fù)雜形面的加工中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即可 以通過(guò)調(diào)整刀具的位姿使刀具保持最優(yōu)的切削狀態(tài)并避免刀具干涉，從而提高了零件的加 工制造精度。因此分析五軸加工過(guò)程中刀具變形、研究誤差補(bǔ)償方法具有十分重要的意義。
[0003] (l)Rao VS和Rao PVM通過(guò)對(duì)加工過(guò)程中刀具變形量的分析，提出了一種由切 削力引起的刀具變形誤差補(bǔ)償方法。（參見(jiàn)Rao VS，Rao PVM(2006)T〇〇1 deflection compensation in peripheral milling of curved geometries. Int J Mach Tools Manuf 46(15):2036-2043)。
[0004] (2)Bera TC，DesaiKA和Rao PVM分析了銑削過(guò)程中刀具變形和薄壁件變形對(duì)加 工誤差的綜合影響，通過(guò)改變加工過(guò)程中的刀具路徑，進(jìn)而對(duì)其誤差進(jìn)行補(bǔ)償，并由實(shí)驗(yàn)室 驗(yàn)證了該方法的可行性。（參見(jiàn) Bera TC，Desai KA, Rao PVM(2011)Error compensation in flexible end milling of tubular geometries. Journal of Materials Processing Technology 211 (1):24-34)。
[0005] (3) ZhuS, DingG, QinS, LeiJ, ZhuangL和YanK利用球桿儀對(duì)五軸機(jī)床的幾何誤差 進(jìn)行識(shí)別，建立了由機(jī)床誤差引起的加工誤差補(bǔ)償模型。（參見(jiàn)ZhuS，Ding G，QinS，Lei J,ZhuangL, YanK(2012)Integrated geometric error modeling, identification and compensation of CNC machine tools.Int J Mach Tools Manuf 52 (1):24-29)〇
[0006] 文獻(xiàn)（1) (2)中所提出的刀具變形誤差補(bǔ)償方法主要還是針對(duì)三軸加工，對(duì)于五 軸加工的刀具變形誤差補(bǔ)償并不適用。
[0007] 文獻(xiàn)（3)中所建立的誤差補(bǔ)償模型，考慮了機(jī)床運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的幾何誤差，但對(duì)五 軸機(jī)床加工過(guò)程中的刀具變形誤差并未涉及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種五軸加工中心刀具變形誤差補(bǔ)償方法，本發(fā)明通過(guò)對(duì)五軸加工 過(guò)程中刀具變形量的分析，考慮到刀具變形對(duì)加工型面的影響，提出一種應(yīng)用于五軸加工 的刀具變形誤差補(bǔ)償方法，為高精密加工復(fù)雜曲面零件提供理論，詳見(jiàn)下文描述：
[0009] -種五軸加工中心刀具變形誤差補(bǔ)償方法，所述誤差補(bǔ)償方法包括以下步驟：
[0010] 建立刀具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系三者之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲取五軸 加工過(guò)程中機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0011] 在刀具坐標(biāo)系下，獲取刀具的變形量；讀取由CAM軟件自動(dòng)生成的理論刀位軌跡 數(shù)據(jù)文件；
[0012] 根據(jù)建立的五軸加工銑削力模型計(jì)算銑削力大?。粚⒗碚摰段稽c(diǎn)和刀軸矢量作為 鏡像反變形補(bǔ)償?shù)幕鶞?zhǔn)；
[0013] 根據(jù)刀具變形量計(jì)算獲得當(dāng)前刀具位置由銑削力引起的刀具變形誤差；
[0014] 對(duì)當(dāng)前刀位點(diǎn)和刀軸矢量進(jìn)行鏡像反變形補(bǔ)償，根據(jù)刀具變形誤差計(jì)算獲得新的 刀位點(diǎn)和刀軸矢量；
[0015] 根據(jù)補(bǔ)償后的刀位點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算新的刀具變形誤差，判斷新的誤差是否成立；如果 滿足要求，則停止運(yùn)算，保存刀位點(diǎn)信息；
[0016] 整理刀具路徑位置從1到N所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償?shù)段稽c(diǎn)數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而得到補(bǔ)償后的刀 位軌跡，通過(guò)后置處理軟件生成補(bǔ)償后的數(shù)控加工程序。
[0017] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明基于懸臂梁理論，建立五軸加工過(guò) 程中的刀具變形模型。在進(jìn)行真實(shí)加工之前，通過(guò)建立的刀具受力變形模型計(jì)算獲得引起 工件加工表面的誤差量，對(duì)CAM軟件自動(dòng)生成的刀位軌跡文件進(jìn)行修改，將理論的刀位軌 跡沿著被加工零件表面偏置同一誤差量來(lái)實(shí)現(xiàn)誤差補(bǔ)償，最終根據(jù)修改后的刀位軌跡文件 用于實(shí)際的加工過(guò)程中，從而提高了五軸加工的制造精度，最后通過(guò)切削實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該方法 的有效性。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖1為五軸加工中心運(yùn)動(dòng)關(guān)系圖；
[0019] 圖2為刀具變形示意圖；
[0020] 圖3為誤差補(bǔ)償方法示意圖；
[0021] 圖4為刀軸矢量補(bǔ)償參考基準(zhǔn)圖；
[0022] 圖5為刀位點(diǎn)補(bǔ)償參考基準(zhǔn)圖；
[0023] 圖6為加工零件圖；
[0024] 圖7誤差分布對(duì)比圖；
[0025] 圖8為一種五軸加工中心刀具變形誤差補(bǔ)償方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0027] 以下結(jié)合附圖，以B擺頭C轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床球頭銑削為例，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施 例的具體實(shí)施。
[0028] 101 :建立刀具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系三者之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲取 五軸加工過(guò)程中機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)；
[0029] 本發(fā)明實(shí)施例以C轉(zhuǎn)臺(tái)B擺頭結(jié)構(gòu)五軸數(shù)控機(jī)床為例，對(duì)各坐標(biāo)間運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系進(jìn) 行分析，建立刀具坐標(biāo)系、工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
[0030] 為了便于描述刀具在五軸機(jī)床加工過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立如圖1所示坐標(biāo)系 統(tǒng)。機(jī)床初始狀態(tài)時(shí)，工件坐標(biāo)系[0w，Xw，Yw，Zw]與機(jī)床坐標(biāo)系[OmXJJJ方向一致，工 件坐標(biāo)系原點(diǎn)與機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)重合；刀具坐標(biāo)[OdXdYdZj原點(diǎn)位于刀尖點(diǎn)處，其坐標(biāo) 系方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致；[0" 11，乂"11，￥"11，2"11]為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，刀具繞軸￥" 11的旋轉(zhuǎn)角為0[?(逆 時(shí)針為正），其坐標(biāo)系方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致；
為回轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，工件繞軸 Z&的回轉(zhuǎn)角為Θ c(逆時(shí)針為正），其坐標(biāo)系方向與機(jī)床坐標(biāo)系一致。機(jī)床初始狀態(tài)下， 0Αα之間的距離為L(zhǎng)，0 "0"2之間的距離為