[发明专利]一种高精度圆柱套内壁闭合异形曲线槽的加工方法

摘要

一种高精度圆柱套内壁闭合曲线槽的加工方法，尤其适用于宽深比较大的圆柱套内壁闭合异形曲线槽的高精度铣削及磨削加工。提出了圆柱套内壁闭合异形曲线槽数控编程的数学模型建立方法、采取自适应筛选法确定走刀步长的计算方法、利用VC++生成程序代码的方法、联合数控系统进行参数配置以及程序指令编程方法；克服了数控铣削时加工刀具变形和刀具振动控制、磨削时砂轮磨损与修正等问题，实现了大缠角、变缠角圆柱套内壁闭合异形曲线槽的精密加工。实际加工结果表明，该方法提高了圆柱套内壁闭合异形曲线槽加工精度和效率。

主权项

一种高精度圆柱套内壁闭合异形曲线槽的加工方法，硬件包括数控系统、刀具主轴变频调速电机及其变频器、回转轴A伺服电机及其伺服驱动器、轴向进给轴Z伺服电机及其伺服驱动器、深度进给轴X伺服电机及其伺服驱动器、回转轴A的绝对编码器；软件包括代码生成软件VC++、数控系统G代码编程、数控仿真软件CIMCO，其特征是：(1)、工件长500mm，外径240mm，内径190mm，壁厚25mm，槽宽35mm，内壁槽深15mm；(2)、建立内壁闭合异形曲线槽数学模型，曲线槽是由六条曲线拟合成的闭合曲线槽；建立三条等距线数学模型，这里，等距线的数学表达式为C₀(t)＝C(t)±(d·N(t))式中t为曲线参数，N(t)为曲线在t处的单位主法矢量，其方向指向曲线凹的一侧；式中的正号或负号取决于等距线的偏离方向；当等距线偏离方向与主法矢量同向时取正号，反之取负号；在曲线拐点处，法矢量为不确定，须作特殊处理；若C(t)＝{x(t)，y(t)}，即C(t)为平面参数曲线，则N(t)＝{‑y′(t)/sqrt((x′(t))²+(y′(t))²)，x′(t)/sqrt((x′(t))²+y′(t))²)}等距线节点与原始线节点(x，y)对应的等距线节点的坐标(x₀，y₀)为：x₀＝x±d×cosBy₀＝y±d×sinB角B为曲线上任意一点与X轴的夹角，如果在曲线左侧作等距线，式中d前的符号应取正号，反之取负号；当等距线与原始线的间距d大于该处原始曲线的曲率半径时，或者原始线迂回形成的自身间隔小于d的两倍时，计算得到的等距线可能产生自交形成“自交圈”、不协调弯曲异常现象；根据以上计算等距线数学模型和所提供的数学方程，算出各个点的等距点；(3)、在刀具轨迹路径方向采用自适应筛选法；1)在刀具轨迹上采一系列密集点，其中x坐标为等差数列，点P₁、P₂、P₃、P₄、…P_s；2)确定第一个走刀步长的起点为p₀，终点为p_s；3)计算pi点坐标(x_pi，y_pi)，E为预设间隔，t₀初始值为1；t₁＝t₀++；δ＝sqrt((y_ps‑y_p0)*(y_ps‑y_p0)+(x_ps‑x_p0)/t₁*(x_ps‑x_p0)/t₁)；；x_p1＝(x_ps–x_p0)/t₁+x_p0；4)如果δ>E，则按照步骤(3)(4)重新计算，如果δ<E，则替换下一个点P₂点；(4)、根据所建立数学模型及自适应筛选算法，利用VC++软件产生G代码，点坐标为double类型，坐标准确，精度高，步长0.01mm，生成97000多点，避免A轴、Z轴方向步长阶跃；(5)、数控系统采用西门子802D数控系统实现A轴、Z轴、X轴三轴数控轴，A轴、Z轴两伺服轴两轴联动；(6)、回转轴A上安装绝对编码器实现了闭环位置控制，多层进给，φ12mm的立铣刀具加工出φ30mm的曲线槽，为了考虑加工时车削力均横，等距线间距D＝9mm，每层需要三次加工，每次加工均回参考点，避免误差积累；(7)、计算三条等距线编程轨迹,铣削程序编制在连续轨迹路径上有多段减速段，磨削程序编制无论是在大缠角，变缠角处都无减速段；将完善后程序输入数控仿真软件CIMCO进行速度与轨迹路径仿真；(8)、联合调整数控参数配置加速度、加加速度、Z轴反向间隙补偿，设定FFWON、SOFT、ACC、G64、G601、ACP关键指令；1)FFWON，FFWOF通过先导控制功能可以把轨迹运行时速度相关的随动距离减少为零，利用先导控制功能，可以使轨迹运行精度更准确，从而使加工结果更令人满意；FFWON；先导控制功能接通FFWOF；先导控制功能关闭2)SOFTSOFT机床坐标轴按上升的加速度轨迹运行，直至达到所要求的进给率；SOFT加速度性能避免了加速度的突变，从而使产生的轨迹精度更高，并减轻对机床的负担；3)ACC比例加速度补偿在这种情况下，轴就以这种比例加速度进行插补；ACC[A]＝50％；用于回转轴ACC[Z]＝50％；用于进给轴4)G64/G601连续路径加工/准确定位连续路径加工方式的目的就是在一个程序段到下一个程序段转换过程中避免进给停顿，并使其尽可能以相同的轨迹速度转换到下一个程序段，并以可预见性的速度执行下一个程序段的功能；在铣削时，大缠角的轨迹过渡时有时必须减低速度，从而保证程序段转换时不发生速度的突然变化，或者加速度的改变受到限制；5)回转轴中使用的特殊指令ACP回转轴A：A＝ACP(0)；绝对数据输入，在正方向逼近0度位置。