文章--曲面加工精度

1、曲面加工精度的研究随着社会的发展，机械零件或模具为了满足一定的力学性能或是符合人们的审美要求，在设计中往往采用曲面结构甚至是复杂曲面结构，而这类曲面加工主要是由数控铳床或加工中心等多轴联动机床来完成，因而如何提高曲面的加工精度一直是数控领域研究的重点问题。提高加工精度也就意味着减少加工误差，因此本文将重点分析零件由图纸变为成品的各个环节产生误差的原因，并提出相应的解决办法，以此来研究如何提高曲面加工精度。曲面零件在数控加工过程中，误差的来源主要可以分为曲面加工的编程误差、数控加工工艺系统的误差、数控控制系统和进给系统的误差以及人员的操作误差四个方面。本文将从上述四个方面分析曲面零件在加工过程中

2、的误差，并通过相应措施来来提高曲面的加工精度。1、曲面加工的编程误差曲面加工的编程误差是曲面加工误差来源的重要方面，曲面加工的编程误差又可以分为逼近误差、数值计算误差、选择不合理误差和检验误差四个方面。下面将对这四个方面的误差做一个简单介绍。1.1 逼近误差在曲面数控加工编程中，用样条曲面来近似逼近或拟合时，则所表示的曲面形状与零件原始曲面形状之间的差值,即为逼近误差或拟合误差。该项误误差只出现在用列表型值点表示曲面加工中，该项误差主要取决于参考测量轮廓误差、测量误差、型值点有限性误差，因而为了提高曲面加工时的逼近误差，应当尽可能提高测量精度、增加测量点，使用合理的曲面造型方法，对其插值、拟合

3、，进行较好的光顺处理。1.2 数值计算误差数值计算误差根据误差的来源不同，又可以细分为插补误差、行距误差和圆整误差三个方面，具体介绍如下：插补误差：当用直线或圆弧逼近曲面轮廓曲线时，逼近曲线与实际曲面轮廓曲线之间的最大差值，称为插补误差。根据数控加工原理，在多轴加工曲面中系统插补所产生的刀具运动轨迹大多是由若干微小直线段（或圆弧段构成曲面上某曲线（参数线或截面线的刀具运动轨迹。根据插补运动的特点，本文提出了如下几种减小插补误差的办法:1缩小插补步长法。对同样的曲线进行插补时，缩小插补步长，可以减少逼近曲线和实际曲线之间的最大差值,从而减小插补误差。2法矢转动误差补偿法。具体操作是将刀距沿加工表

4、面法向矢量方向向外移动一定距离，使刀心到加工表面的距离接近刀具的半径。3容差对称法。为了使刀具的运动轨迹更加接近曲面的实际轮廓，按照最小二乘原理，将插补误差在密切平面内相对曲面理论轮廓做对称偏置补偿，即对加工凸曲面产生的负向误差，使刀心沿曲面法向轮廓向外偏移一个修正量，对于凹曲面产生的正向误差，使刀心沿曲面法向轮廓向内偏移一个修正量。行距误差：在进行刀具路径规划时，由切削行距所引起的加工误差，称为行距误差。切削行距也称作切削行宽度，具体选择和道具以及曲面的加工精度要求有关。就曲面的精加工而言，实际编程中控制残余高度是通过改变刀轨形式和调整行距来完成的，一般将最大残余高度控制在所要求的平面粗糙度

5、之内。为了达到一定的加工精度，并保证一定的加工效率，尽量使所有曲面上的残余高度尽量一致，也就使面内行距在所有平面内保持一致。一般来说，曲面加工用手工编程时，通过限制切削行进给步长参数的增量来保证加工精度；复杂曲面加工用自动编程时，通过对话框限制行距参数来保证加工精度。圆整误差：在数据处理（计算曲面曲线的基点、节点或圆心的坐标时，将计算值中小于一个脉冲当量的数值,用4舍5入法圆整成整数脉冲值时所产生的误差。圆整误差的值不超过当量脉冲的一半。为了减小圆整误差，在编程过程中应该使用基准重合和绝对坐标编程，以防圆整误差的累积。1.3 选择不合理误差选择不合理误差也可以卞g据误差来源地不同，分为刀具误差

6、、切削参数误差、起到点和进退刀方式误差、检验误差共四种，以下将分别详细介绍。刀具误差：根据加工曲面的特征和加工要求，对刀具的选择应当着重考虑道具的形状结构、制造材料、尺寸参数等来保证曲面的加工精度。编程时产生的刀具误差主要是由刀具的尺寸产生的。为了减少刀具误差，编程时应当主要考虑一下几个方面:1刀具半径应小于加工表面凹处的最小曲率半径，这样可以保证刀具能够加工曲面表面上的任何点而不伤及已加工或者待加工表面2加工效率，刀具的半径越大，曲面残留高度越大，即加工精度较低，但是此时加工效率高，反之，刀具的半径越小，加工精度高，但是加工效率较低，所以应当根据曲面精度要求和加工效率选择合适的刀具尺寸3所取

7、刀具半径应尽量符合规范或标准系列4刀具的大小应与加工表面的大小相匹配,不应用已很大的刀具加工一小表面，这样容易产生干涉。切削参数误差：编程时选择切削参数主要有主轴转速、进给速度、切削深度等，由这些参数所以起的曲面加工误差称为切削参数误差，其中进给速度是影响插补精度的主要因素。显然，进给速度越小，步长越短，插补精度越高。起刀点、进退刀方式误差：起到点是曲面加工之前开始以进给速度进到时的刀具位置，起刀点一般选择在被加工曲面的上方或是曲面坯料之外相对较空的地方，以避免高速转动的刀具与被加工件之间发生碰撞，损伤型面和刀具。进退刀方式是指刀具接近或离开被加工表面的运动方式和运动路线，在曲面精加工中，一般

8、地，凸曲面通常选择沿曲面的切矢量方向或沿轮廓的圆弧方向进退刀；凹曲面通常选择沿轮廓的圆弧方向或沿螺旋方向进退刀。这样可以避免刀具在工件进退刀处留下痕迹，保护曲面已加工表面，确保加工精度。检验误差：检验误差包括干涉误差和后置处理误差两个方面。干涉误差为刀具加工点与曲面干涉所引起的加工误差。为了减小干涉误差，编程前需要用CAM软件将刀位轨迹显示出来，以便判断在曲面加工过程中是否发生过切、欠切或碰撞等干涉现象；同时判断所选择的刀具、进退刀方式、走刀路线是否合理。后置处理误差为刀位文件进行后置处理进行程序检验时引起的误差。后置处理是把刀位源文件转化成为数控机床能执行的数控程序的过程，误差的产生主要来源

9、于转角走向问题、刀具长度补偿问题和加工进给率。应当着重在这三方面来考虑减小误差。2数控加工工艺系统误差数控加工工艺系统包括机床、夹具、刀具和工件，这些是产生曲面加工误差的重要原因,对加工精度的影响非常复杂，涵盖面也比较广，本文仅对一些重要方面进行分析，包括机床运动精度、工艺系统的震动和受力变形和工艺系统的热变形三个方面。机床运动精度：机床的定位误差主要受控制系统（如伺服电路、反馈装置和进给系统（如滚珠丝杆螺母副等的影响；机床的运动误差主要由各导轨副的误差（如机床本身的制造、装配精度所引起的。就机床本体而言，提高各导轨副的制造和装配精度是提高曲面加工精度的有效措施。工艺系统的震动和受力变形：工艺

10、系统的震动和受力变形对曲面加工的质量有重要影响，为了提高加工精度需要在以下几个方面进行重点考虑：1合理选择切削用量2提高机床抗振性能和刚性3提高数控机床主轴部件的动态特性和刚性4合理地定位与夹紧工件5提高刀具部件刚性。工艺系统的热变形：在曲面数控加工时，工艺系统受到切削热、摩擦热、环境热等多种热源的影响工艺系统的热变形对曲面加工精度有很大影响。为了减少工艺系统的热变形对曲面加工精度的影响，生产中通常根据不同的刀具和工件材料，采用切削液或强风冷却、优化刀刃角度等措施，强制提高工艺系统的散热能力，降低切削热引起的热变形提高曲面的加工精度。3数控控制系统和进给系统误差曲面加工数控系统一般使用闭环或半

11、闭环系统。在半闭环系统中，环路内部误差由系统本身进行反馈补偿，而环路外如丝杆螺母副的反向间隙、螺距累积误差等进给传动链误差是系统误差的主要因素。为了减少上述原因产生的曲面加工误差，应当定期调整和检测环外传动链（如丝杆螺母副、齿轮传动副等的间隙和误差，通过用户参数设置输入数控系统相应的补偿参数中，并通过系统自动补偿功能而得到消除。4人员操作误差机器是由人操作的，提高操作者的业务水平，能够防止一些因为人为操作失误所产生的误差，另外对于一些经验丰富的操作者，他们熟悉机床的特点，也能够根据自己的经验通过一些调整来提高曲面的加工精度，因而高业务水平的员工对提高曲面精度也有重要影响。综上，我们得知，数控曲面加工是一个非常复杂的过程，曲面的加工精度和很多原因有直接关系，为了提高某一曲面的加工精度，我们应该在影响曲面精度的各个方面的同时进行改进，而不是单纯的对某一因素进行