[发明专利]一种铣削加工工件误差的分度补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于数控铣削加工领域，特别涉及数控铣削加工中刀具磨损引起的工件加工误差补偿问题。

背景技术

随着现代机械制造业的发展，对零件加工精度的要求越来越高。而在实际的铣削加工过程中，由于受各种因素的影响不可避免地会产生加工误差。加工误差是影响工件加工质量非常重要的因素，会使工件加工精度明显降低，过大的加工误差甚至会造成零件报废，严重影响加工效率和效益。提出有效的误差补偿方法是提高工件加工质量的关键。

目前，对数控铣削加工过程中产生的加工误差的补偿主要采用两种方式：在线补偿和离线补偿。

在线补偿是通过在加工过程中实时监测机床加工位置，出现偏差则实时进行补偿的一种方法。在线补偿需要特定的硬件设备，对传感器要求比较高，在计算中需要实时处理大量数据，并且对传感器测量位置的要求也很高，这中间还需要一些对传感器优化的过程，因此，在线补偿的加工成本较高。另外，在实时补偿的过程中，需要根据监测的信号对加工过程进行调整，甚至暂停加工，对加工效率也有一定影响。

与在线补偿的方法相比，加工误差离线补偿不影响加工过程，可以根据预先建立的加工误差模型提前对加工过程中产生的误差进行预测，在实际加工前确定补偿方法，对各个因素产生的加工误差进行补偿，提高加工效率，并降低生产成本。

现有的离线补偿研究有的只是说明了补偿的理论可行性，在实际加工中如何实现补偿没有给出具体的补偿手段；有的只是进行了局部加工工艺的优化，加工过程中实际补偿效果难以预计，有待进一步改进；有的虽然介绍了较为详细的方法，但涉及到的补偿算法复杂，应用到实际加工中比较困难。如何实现较为有效且易操作实现的误差补偿方法亟待解决。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种铣削加工工件误差的分度补偿方法，其可解决铣削加工过程中刀具磨损引起的加工误差的补偿问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种铣削加工工件误差的分度补偿方法，包括如下步骤：

(1)在球头铣刀刀具磨损模型的基础上，分析磨损后球头铣刀切削刃外轮廓刃线的变化情况，建立基于刀具磨损的加工误差模型，从而获得工件加工表面上各个位置处随时间变化的加工误差曲线；

(2)根据实际加工的工件要求的精度域，以该精度域的整数倍为分度作一系列平行于基轴的直线，将加工误差曲线划分为多个部分，这些直线与误差曲线相交得到一系列交点，将两两相邻的交点用直线段连接，得到一系列逼近误差曲线的直线段，作为分度补偿法确定加工误差补偿值的依据；

(3)将前述逼近误差曲线的直线段沿基轴方向进行对称，得到与各个原分度直线段对称的直线段，该直线段上各个点的坐标值即为对应的工件上该点需要补偿的值，通过将刀具中心的走刀轨迹按照该补偿值进行反向偏移，即能够补偿铣削加工过程中由刀具磨损产生的加工误差；

(4)依据之前确定的对称后的分段直线来对刀具中心进行偏移，在各个分段直线上选定一个域度，以各个域度来划分各个直线段，得到对应的该位置处的补偿数值，按照此数值来对刀具切削到该位置处的加工坐标进行修改；

(5)设定加工时刀具沿X轴方向进给，补偿Y方向的加工误差时，用分解后的Y向的加工误差分量作出Y方向的加工误差变化曲线，再重复步骤(2)-(4)，确定该方向上需要补偿的误差值，对刀具中心的加工坐标进行修改；

(6)对Z向的加工误差进行补偿，用分解后的Z方向的加工误差分量作出Z方向的加工误差变化曲线，再重复步骤(2)-(4)，确定该方向上需要补偿的误差值，对刀具中心的加工坐标进行修改。

上述步骤(1)中，假设磨损后切削刃外轮廓上的切削微元由P变为P′，P′对应的位置角处磨损后的切削刃上点的坐标表示为该位置角处于法线方向上，未磨损时切削刃上点的坐标为由此得到刀具磨损产生的在刀具位置角所在直线上的误差如式(1)所示：

对式(1)向X、Y、Z三个方向进行分解，得到刀具磨损引起的在三个坐标轴方向的加工分量误差如式(2)，据此作出各个方向误差分量的变化曲线：

其中，δ_x为X方向的加工误差，δ_y为Y方向的加工误差，δ_z为Z方向的加工误差，ω为刀具旋转角速度，t为铣削加工时间。