五轴数控机床加工叶片的刀具轨迹规划与误差补偿

第１６卷第１期　２０１６年２月　湖南工业职业技术学院学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＵＮＡＮ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣ　Ｖｏ１．１６　Ｎｏ．１　Ｆｅｂ．２０１６　五轴数控机床加工叶片的刀具轨迹规划与误差补偿　任成高，龙华，申晓龙　（湖南工业职业技术学院，湖南长沙，４１０２０８）　［摘要］针对五轴数控机床加工复杂薄壁叶片的要求，分析了刀位点对应的接触点及其曲面法矢量　形成的叶片刀具路径轨迹规划，应用沿体对角线快速进行数控机床误差的高效测量，提出了一种分步解　耦补偿方法。　［关键词］五轴数控机床；薄壁叶片；轨迹规划；体对角线测量；误差补偿　［中图分类号］ＴＧ６６１　［文献标识码］Ａ　［文章编号］１６７１—５００４（２０１６）０１—０００１—０４　Ｔｈｅ　Ｔｏｏｌ　Ｐａｔｈ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｒｒｏｒ　Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｆｉｖｅ－Ａｘｉｓ　ＣＮＣ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｔｏｏｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｂｌａｄｅ　ＲＥＮ　Ｃｈｅｎｇ－ｇａｏ，ＬＯＮＧ　Ｈｕａ，ＳＨＥＮ　Ｘｉａｏ—ｌｏｎｇ　（Ｈｕｎａｎ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１０２０８，Ｈｕｎａｎ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｔｈｉｎ－ｗａｌｌｅｄ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　ｉｆｖｅ　ａｘｉｓ　ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔａｃｔ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｃｕｔｔｅｒ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔ，ａｎｄ　ｈｔｅ　ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｌａｄｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｔｏｏｌ　ｐａｔｈ　ｆｏｒｍｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｈｏｏｋ　ｆａｃｅ　ｖｅｃｔｏｒ，ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｈｅ　ｅｌＴｏｒ　ｏｆ　ＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂｏｄｙ　ｄｉａｇｏｎａ１．ａｎｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ａ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ　Ｊ　ｆｉｖｅ－ａｘｉｓ　ＣＮＣ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ；ｔｈｉｎ　ｂｌａｄｅ；ｔｒａｊｅｃｔｏｒｙ　ｐｌｎｎｉａｎｇ；ｔｈｅ　ｄｉａｇｏｎａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｅｒｒｏｒ　ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ　１．前言　２．叶片加工刀具接触点轨迹规划　随着现代制造业升级和数控加工技术的发展，三　２．１国内叶片加工现状　叶片是叶轮的关键零件，叶片型面复杂，形状多　轴联动数控机床已经广泛普及，我国制造企业正在大　量引进，使用四轴、五轴数控联动机床实现复杂曲面　为自由曲面或空间直纹面等复合曲面，叶根圆角由多　零件的高精度、高速加工。　个变直径的圆弧组成。我国在多轴精密数控制造技术　五轴数控机床通常是指具有三个线性移动轴、二　方面起步较晚，虽然最近几年来引进不少先进的精密　个转动轴由旋转／摆动工作台来实现的数控机床，旋　数控设备，但由于在变形预测和补偿理论上的不完　转／摆动工作台通常水平或垂直安装在机床工作台面　善，我国目前制造企业在复合曲面高精密制造技术方　上，实现各种回转分度工作。在回转工作台面上可安　面还无法取得实质性的突破进展【ｌ１。如何实现对数控　装板、盘或利用与它相配套的尾座安装棒放置形状复　机床加工叶片复合曲面的刀具路径轨迹规划与误差　杂的加工零件，可避免因多次装夹造成的安装误差，　补偿，有效提高叶片加工的精度和表面质量已成为制　从而可以达到一次装夹就完成几何形状复杂的复合　约我国高精密制造产业发展的“瓶颈”问题。　曲面加工，保证零件形位精度、提高加工质量，满足现　２．２叶片刀具路径轨迹规划　代制造产业“多轴、工艺复合、精密、高效”的加工要　对叶片复合薄壁曲面的受力变形分析，可得到叶　求。　片在多轴数控机床加工过程中铣削力作用点的位置，　［收稿日期］２０１５—１１—３　［基金项目］湖南省科技厅科技计划项目（项目编号：２０１３ＧＫ３０４８）。　［作者简介］｛￣（１９６６一），女，湖南岳阳人，湖南工业职业技术学院副教授，研究方向：机械工程，机械制造与自动化；　龙华（１９７２－），女，湖南常德人，湖南工业职业技术学院副教授，研究方向：数控技术，机械制造与自动化。　如　第ｌ期　∞　∞　∞　Ｏ　湖南工业职业技术学院学报　２０１６链　据文件。然后在加工轮廓表面选择ｌ０个采样点，计算　得到该点的零件尺寸误差　。　§　喾　冬　一　爆　露　１　２　３　４　６　’　８　９　１０　采样点序　图１１采样误差补偿结果　５．结论　基于Ｂ曲面理论，分析了刀位点对应的接触点及　其曲面法矢量，在修正刀位离线控制刀具路径误差补　偿方法的基础上，沿用体对角线快速进行数控机床误　差的高效测量，针对五轴数控机床提出了一种分步实　施的解耦补偿方法。　４　【参考文献】　ｆ１］陈天福，张平，饶宇辉．五轴联动数控３Ｄ刀具半径补偿后置处　理的实现［Ｊ１．机床与液压，２０１３，４１（５）：５６—５８．　［２１蔡永林．任意曲面　元叶轮多坐标数控加工关键技术的研究　【Ｄ１．西安交通大学，２００２．　【３】刘雄伟等．航空发动机薄壁叶片精密数控加工技术研究『Ｊ］．机　械科学与技术，２００４，ｆ３）：３２９—３３１．　『４１孙晶．闭式叶轮数控粗加工的刀具轨迹规划研究ｌＤ１　．北京交　通大学，２００９．　【５】梁全．叶轮五坐标数控铣削ＣＡＭ和ＣＮＣ关键技术的研究【Ｄ］．　哈尔滨工业大学，２００９．　［６１林立．复杂薄壁叶片加工误差分析与研究［ＤＩ．北京交通大　学，２０１１．　『７］ＩＳＯ　２３０－６：２００２　Ｔｅｓｔ（；ｏｄｅ　ｆｏｒ　ｍａｃｈｉｎｅ　ｔｏｏｌｓ—Ｐａｒｔ　６：　Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　０ｆ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ａｃｅｕｒａｅｙ　０１３　ｂｏｄｙ　ａｎｄ　ｆａｃｅ　ｄｉａｇｏｎａｌｓ（Ｄｉａｇｏｎａｌ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｔｅｓｔｓ），ａｎ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄ，　ｂｙ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｔａｎｄａｒｄｓ　Ｏｒｇａｍｚａｔｉｏｎ，２００２．　ｆ８］张宏韬，杨建国等．双转台五轴数控机床误差实时补偿［Ｊ１＿机械　Ｔ程学报，２０１０，４６（２１）：１４３—１４８．　［９】张宏韬．双转台五轴数控机床误差的动态实时补偿研究【Ｄ１．上　海交通大学，２０１１．