[发明专利]一种等角螺旋线分区变参数控精密加工方法

说明书

技术领域

本发明属于数控精密加工领域，特别涉及一种等角螺旋线的分区变参数控精密加工方法。

背景技术

随着高端装备性能的不断提高，高端装备中一些关键零件结构愈加复杂、精度要求更高。其中一些存在局部几何急变特征的零件在航空航天、能源动力及涡轮机械等行业具有广泛的应用，如微带螺旋天线、带分流小叶片的整体叶轮等。鉴于该类零件多采用难加工材料和特殊结构，加工难度大，或者虽能加工但效率极低，无法满足高端装备快速发展的需求。随着数控加工技术的飞速发展，五轴数控加工提高了加工的灵活性，作为一种高速、高精度加工技术，在局部几何特征急变类零件制造中展现出一定的潜力，为实现该类零件柔性化设计制造提供了一种有益途径，成为目前工业生产领域研究的热点与难点。

以等角螺旋线为例的局部几何特征急变类零件由于中心区域特征尺寸小、曲率变化大，局部几何特征具有急变性，采用传统的统一工艺参数进行整体加工的加工方法，在局部几何特征急变区域极易造成NC程序与数控机床动态特性不符的情况，加工过程中引起数控机床动态特性剧烈变化，甚至超出数控机床的伺服驱动能力。数控机床动态特性在可达空间中存在较强的非线性和各向异性，由此导致等角螺旋线大的加工误差，甚至破坏工件表面，无法满足等角螺旋线的加工要求，这已成为制约该零件加工质量及效率提高的瓶颈所在。针对等角螺旋线精密高效加工难题，在充分考虑数控机床动态特性的基础上，研究其工艺制定方法，对实现该零件的精密高效加工具有重要意义。

徐建明等人专利公告号为CN102323790A的“两轴数控系统的串联型迭代学习交叉耦合轮廓误差控制方法”，采用增量式串联交叉耦合控制（CCC）与串联型迭代学习控制（ILC）相结合的算法，以CCC控制轮廓误差为基础，通过ILC对控制规律的学习作用提高了轮廓控制精度。然而，商业化的数控机床内部控制参数由数控机床制造厂商设定，针对特定几何特征的零件加工无法对其内部控制参数进行更改。

国立台湾大学机械工程系H.T.Young和L.C.Chuang在“An integrated machining approach for a centrifugal impeller”（The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2003,21(8):556-563）中采用了粗加工、半精加工和精加工相结合的加工方法，与相关制造技术相结合，开发出一种离心式叶轮的集成制造技术。针对等角螺旋线，其数控加工过程中的工艺制定传统须以满足等角螺旋线局部几何特征急变区域的加工要求为前提，如此确定的加工工艺相对除局部几何急变特征外的剩余加工区相对保守，限制了等角螺旋线加工效率的提高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，发明了一种等角螺旋线分区变参数控精密加工方法，采用根据几何特征分区制定机床加工进给速度的分区变参加工工艺，解决了等角螺旋线加工质量不高、加工效率低等问题。

本发明所采用的技术方案是一种等角螺旋线分区变参数控精密加工方法，其特征在于，首先对等角螺旋线几何模型进行分析，确定恒定工艺参数下等角螺旋线实际加工速度与加工时间的关系，依据等角螺旋线加工误差的产生机理，建立加工误差的数学模型，确定加工误差受等角螺旋线几何特征和NC程序制定的机床加工进给速度影响的规律；以满足机床动态特性及加工精度为约束条件，建立机床加工进给速度与等角螺旋线几何特征间的关系；对等角螺旋线加工区进行合理划分，根据建立的机床加工进给速度与等角螺旋线几何特征间的关系，对各分区分配相应的机床加工进给速度进行加工，最终高质高效加工出等角螺旋线；加工方法具体步骤如下：

(1)对等角螺旋线几何模型进行分析，确定恒定工艺参数下等角螺旋线实际加工速度与加工时间的关系

等角螺旋线几何模型为：

r＝r₀e^aθ   (1)

式中，r为矢径，r₀为0°极角时对应的矢径，θ为从极轴到矢径r的角度，称为极角，a为与螺旋角α相关的系数，tanα称为螺旋率；

该等角螺旋线的曲率K表达式为：