[发明专利]薄壁曲面零件加工质量缺陷区域计算方法

说明书

技术领域

本发明属于薄壁曲面零件的制造技术领域，尤其涉及薄壁曲面零件的五坐标数控机床铣削加工技术领域。

背景技术

五轴联动数控机床是指在一台机床上有五个坐标轴,包括三个平动坐标轴和两个旋转坐标轴，机床的各坐标轴在计算机数控系统的控制下按一定的速度同时到达某一个设定的点，协调运动进行加工，特别适用用于加工复杂曲面零件。通常薄壁曲面零件的加工质量控制最为困难，一方面数控机床坐标轴间的不同配合状态可能引起机床加工时刚度的实时变化，另一方面零件在切削力的作用下也可能引起零件的加工变形。机床和零件两方面因素叠加使得薄壁曲面零件的表面加工质量成为难点，极易引起曲面局部的表面质量缺陷，出现粗糙度、波纹度下降以及切削折痕，导致零件质量不合格，造成成本的浪费和效率的损失。现有方法中缺少对薄壁曲面零件加工前表面质量的缺陷预测，如果能在加工零件之前根据零件特性和机床运动状态预测出零件表面质量缺陷区域，就可以在工艺实施中对于缺陷区域设定不同的加工工艺方案，保障零件的加工质量和提高零件加工的成品率。

由于企业对薄壁曲面零件质量控制的需求，基于薄壁曲面零件表面质量缺陷区域的快速计算成为一技术要点。由此可在切削前预知零件加工表面质量缺陷区域，针对表面质量缺陷区域设定不同的加工工艺，从而为零件的工艺优化和精度保障提供依据。

发明内容

本发明的目的是为了快速计算五轴联动数控机床（以下简称机床）在切削零件时的加工质量缺陷区域从而提高机床加工薄壁曲面零件的表面质量，提出了一种薄壁曲面零件加工表面质量缺陷快速计算方法。

本发明的技术方案：薄壁曲面零件加工表面质量缺陷快速计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1.产生机床铣削薄壁曲面零件的各坐标轴数控指令；

步骤2：计算产生机床加工薄壁曲面零件的刚度分布：根据步骤1中得到的机床各坐标轴数控指令，计算机床铣削薄壁曲面零件过程中各坐标轴合成的刚度矩阵，将刚度矩阵沿零件法线方向投影，得到加工过程中机床的刚度分布；

步骤3：计算产生薄壁曲面零件在加工过程中自身的刚度分布；

步骤4：计算薄壁曲面零件的加工质量缺陷区域：将步骤2中得到的机床铣削薄壁曲面零件过程中沿零件法线方向的刚度分布与步骤3中得到的薄壁曲面零件在不同位置处的法向刚度分布相叠加，得到加工过程中机床和薄壁曲面零件的刚度综合对比图，由此得出薄壁曲面零件的加工质量缺陷区域。

本发明的有益效果：本发明通过机床和薄壁曲面零件的法向刚度分布计算，产生加工过程中的机床和零件自身的刚度分布综合对比图，从而得到薄壁曲面零件加工质量缺陷区域，由此可在加工前计算出零件加工质量的缺陷区域，针对加工质量缺陷区域设定不同的加工工艺，从而为零件的工艺优化和精度保障提供依据，使薄壁曲面零件加工具备更好的精度控制效果，降低零件的加工成本，提供加工效率。

附图说明

图1是发明步骤1中S形曲面零件模型及切削路径示意图。

图2是本发明的机床V51030ABJ加工S形曲面刚度分布图。

图3是本发明的步骤3中S曲面有限元模型示意图。

图4是本发明的步骤3中S曲面在加工过程的法向变形示意图。

图5是本发明的步骤3中S形曲面不同各位置处的法向刚度示意图。

图6是本发明的五轴数控机床加工S形曲面刚度综合对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：一种薄壁曲面零件加工表面质量缺陷快速计算方法，包括如下步骤：

步骤1.产生机床铣削薄壁曲面零件的各坐标轴数控指令：在计算机辅助制造CAM软件中创建加工零件模型，设定铣削路径，产生零件加工的前置指令（x、y、z、i、j、k），所述前置指令中x、y和z分别代表刀具加工点的空间位移坐标，i、j、k分别代表刀具加工点的空间向量的方向，再选定机床类型后生成机床各坐标轴的数控指令，所述数控指令可以表示为（X、Y、Z、A、B）或（X、Y、Z、A、C）或（X、Y、Z、B、C），X、Y、Z分别表示机床各坐标轴中平动轴数控指令，A、B和C分别表示机床各坐标轴中旋转轴数控指令。

本实施例中，以刀具两摆的五轴联动数控机床（型号为V51030ABJ）加工薄壁曲面零件（本实施例选择S形薄壁曲面零件为例进行说明），如图1所示在三维建模软件（如UG）中建立薄壁零件曲面模型，设定铣削路径，产生前置指令（x、y、z、i、j、k），生成S形薄壁曲面零件加工过程中机床各坐标轴的数控指令（X、Y、Z、A、B）。