[发明专利]一种五轴侧铣加工刀具与工件变形误差补偿方法

说明书

一种五轴侧铣加工刀具与工件变形误差补偿方法，该方法首先根据五轴侧铣切削力模型计算铣削力，再分别利用悬臂梁模型和有限元模型计算出刀具和工件的变形量；考虑加工过程中刀具和工件变形对铣削力的反馈影响，采用迭代算法求解切削平衡状态下的变形误差；根据镜像原理，修改当前刀具位置的刀尖点位置和刀轴倾斜角，并将更新后的刀具位置再次导入切削力模型，经过迭代计算之后，记录平衡状态下的刀具位置；将上述过程遍历每一个刀位点，得到补偿后的刀具轨迹。本发明有助于减小五轴侧铣加工过程中铣削力引起的变形误差，对于提高零件加工精度具有重要作用。本发明适用于采用球头铣刀或圆鼻铣刀对航空薄壁件进行五轴侧铣加工时的变形误差补偿。

技术领域

本发明涉及一种五轴侧铣加工刀具与工件变形误差补偿方法，特别适用于采用球头铣刀或圆鼻铣刀对航空薄壁件进行五轴侧铣加工时的变形误差补偿，属于机械机加工技术领域。

背景技术

航空薄壁件具有刚度低、精度要求高、表面复杂等特点，在航空工业中具有广泛应用。五轴侧铣加工是获取此类零件的主要方式，在加工过程中，刀具和工件受到切削力作用极易发生弹性变形，严重影响了零件的尺寸精度。为了保证零件的合格率，工程实际中常采用多次走刀的方法。这种方法虽然可以有效减少误差，但是随之而来的是加工效率的降低，进而增加了制造时间和生产成本。因此，一些学者开始尝试用离线刀轨补偿的方式减少变形误差，确保零件可以一次加工成功。

文献1“Gao Y Y,Ma J W,Jia Z Y,et al.Tool path planning and machiningdeformation compensation in high-speed milling for difficult-to-machinematerial thin-walled parts with curved surface[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2016,84:1757-1767.”公开了一种可以减少薄壁零件在加工过程中由切削力引起变形误差的有效方法，其主要通过修改刀具轨迹的方式来补偿加工误差。然而，该方法仅适用于带有垂直侧壁的薄壁零件，并不能用于五轴侧铣加工。

文献2“Ma W,He G,Zhu L,et al.Tool deflection error compensation infive-axis ball-end milling of sculptured surface[J].International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2016,84:1421-1430.”公开了一种五轴铣削加工过程中变形误差的补偿方法，首先，对五轴机床的运动传递形式进行了分析；然后，预测刀具的变形误差，运用镜像原理获取新的刀具位置；最后，将每个刀位点处的刀具位置信息综合起来，得到补偿后的刀具轨迹。然而，该方法只考虑了刀具变形对最终加工精度的影响，并不适用于薄壁零件的变形误差补偿。

发明内容

为了解决现有航空薄壁件变形误差大、加工时间长等问题，本发明提供了一种五轴侧铣加工刀具与工件变形误差补偿方法。

本发明是通过如下技术方案实现的。

一种五轴侧铣加工刀具与工件变形误差补偿方法，该方法包括如下步骤：

1)建立加工过程的工件坐标系和刀具坐标系，工件坐标系O-XYZ是一个固定坐标系，该坐标系的原点和三个坐标轴的方向由编程人员自主设定，刀具坐标系O'-UVW是一个移动坐标系，该坐标系的原点O'位于刀尖点处，W轴沿着刀轴矢量竖直向上，U轴对应刀具瞬时进给方向，V轴根据右手定则确定；

2)将加工使用的刀具轨迹离散成M个刀位点，选取第m个刀位点，其中m＝1,2…M；