CN106392100B - 一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，包括：对回转体零件进行粗加工后测量零件相邻两轮廓线段的交点坐标，得到X、Z方向上的粗加工余量；根据粗加工余量确定半精加工轨迹，并对经过粗加工后的回转体零件进行半精加工，并半精加工后测量回转体零件相邻两轮廓线段的交点坐标，得到X、Z方向上半精加工的误差量；对经过半精加工后的回转体零件进行精加工，其中精加工中通过车床对半精加工的误差量进行补偿确定精加工轨迹，实现大型回转类零件的在线检测自适应车削加工方法。本发明的方法通过测量加工过程中的零件尺寸，消除因刀具磨损、零件装夹、硬度不均匀等因素所带来的加工综合误差，大幅提高了大型回转体零件的加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及数控车削加工领域，尤其涉及一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法。
背景技术
大型回转类零件在车床上加工时，经常遇到刀具磨损问题。具体地，在每一转进给下，刀具切削长度为一圈，零件的截面轮廓加工后，零件所切削的长度为πDL/s(其中，D为回转直径，L为切削截面长度，s为每转进给)，从公式中可以看出零件直径越大，所需的切削长度越长。另一方面，实际加工中可以看出，切削刀具磨损问题在大型零件加工中尤为突出，以实际加工直径为450mm，长2000mm的某回转类零件外形，其起点和终点的直径差在0.5mm以上，这种形状误差其产生原因为在大型回转体零件在加工过程中，刀具会随着切削长度增加逐渐磨损，该问题完全不能用手工检测调整刀具参数来解决，常常因此而影响产品的质量和生产进度。
另外，大型回转类零件在车床上加工时还存在零件装夹问题，即零件外形加工时，如不能用采用尾座顶尖装夹，或内孔加工时会因为切削扭力从装夹点的远端到近端不断减小，而形成远端大，近端小的零件形状误差，该误差会因零件长度增加而增加，因此对于大型零件，该误差影响很大。同时，对于大型零件，同一块材料在不同的点，材料硬度数值存在3～5HRc的差值，会造成精加工时，因硬度不同造成轮廓不同点让刀差异而产生加工轮廓误差。
为解决上述问题，申请人在先申请的专利CN201110334923.7中公开了一种在线检测自适应补偿方法，该方法先对回转体零件进行粗加工，测量回转体零件内孔轴向截面上两相邻轮廓线段的交点的半径及两端点的半径的误差量δ1。之后半精加工车刀刀具用理论加工半径为X1-δ/2的加工轨迹对交点及两端点进行半精加工，测量半精加工中交点及两端点的实际半径，并得到半精加工的误差量δ1′。进行精加工时的车刀刀具、及刀具的主轴转速、进给速度与半精加工相同，精加工的过程中车床数控***对半精加工的误差量δ1′进行补偿。该技术方案可以在一定程度上解决加工过程中刀具磨损所带来的加工误差。
但是，由于只能垂直于轴线进行检测，该方法在检测截面斜线与轴线夹角或曲线与轴线曲率角较小时的检测误差较小，在检测截面斜线与轴线夹角或曲线与轴线曲率角较大时，误差很大，在外形轮廓垂直轴线时安全没法检测，因此，上述自适应补偿方法应用有较大局限性，使得其在解决加工过程中刀具磨损所带来的加工误差时仍然。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可补偿形状误差的车削加工方法，其通过更加优化的刀具磨损自适应补偿方式进行切削加工，可以有效降低由于刀具磨损等因素而产生的零件形状误差，提高零件加工精度和生产效率。
为实现上述目的，按照本发明，提供一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，包括：
对回转体零件进行粗加工后测量零件外形或内孔截面上相邻两轮廓线段的交点坐标，通过与所述交点的最终理论坐标值相比较得到X、Z方向上的粗加工余量(δx，δz)；
根据所述粗加工余量确定半精加工轨迹，并对经过粗加工后的回转体零件进行半精加工，并半精加工后测量回转体零件外形或内孔截面上各相邻两轮廓线段的交点坐标，与该交点的半精加工理论坐标值比较得到X、Z方向上半精加工的误差量(δx＇，δz＇)；
对经过半精加工后的回转体零件进行精加工，其中精加工中通过车床对半精加工的误差量(δx＇，δz＇)进行补偿确定精加工轨迹，即将精加工轨迹值设置为最终理论值与半精加工的误差量之差或之和，从而完成精加工，实现大型回转类零件的在线检测自适应车削加工方法。
作为本发明的进一步优选，所述精加工的轨迹值包括X方向的精加工的轨迹值和Z方向的精加工的轨迹值，所述精加工中通过车床对半精加工的误差量(δx＇，δz＇)进行补偿具体为将X方向的精加工的轨迹值为X方向的最终理论值与X方向的半精加工误差量之和或者之差，Z方向的精加工的轨迹值设置为Z方向的最终理论值与Z方向的半精加工误差量之和或者之差。
作为本发明的进一步优选，所述半精加工轨迹确定为最终理论值与粗加工余量的一半之和或者之差，即X方向的半精加工的轨迹值为X方向的最终理论值与X方向的粗加工余量的一半之和或者之差，Z方向的半精加工的轨迹值为Z方向的最终理论值与Z方向的粗加工余量的一半之和或者之差。
作为本发明的进一步优选，所述半精加工的误差量为半精加工实际检测值与半精加工的轨迹值之差。
作为本发明的进一步优选，所述加工为回转体零件外形时，精加工轨迹值设置为最终理论值与半精加工的误差量之差，半精加工轨迹确定为最终理论值与粗加工余量的一半之差。
作为本发明的进一步优选，所述加工为回转体零件内孔时，精加工轨迹值设置为最终理论值与半精加工的误差量之和，半精加工轨迹确定为最终理论值与粗加工余量的一半之和。
作为本发明的进一步优选，所述粗加工余量为粗加工后的工件实际尺寸与最终理论尺寸之差。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
(1)本发明方法中，通过在X、Z两个方向上进行误差实时检测，并经过粗加工、半精加工以及精加工的工序，根据粗加工余量获得半精加工误差量，并利用该误差量对精加工进行误差补偿，即可实现对回转体零件的形状误差补偿；
(2)本发明方法可以通过测量加工过程中的零件尺寸，消除因刀具磨损、零件装夹、硬度不均匀等因素所带来的加工综合误差，大幅提高了大型回转体零件的加工精度。
附图说明
图1a是按照本发明实施例的可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法车削加工回转体外形轮廓的示意图；
图1b是按照本发明实施例的可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法车削加工回转体内孔轮廓的示意图；
图2为按照本发明实施例的可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法中的检测点粗加工后的两个方向误差量示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
按照本发明的一个实施例所构建的大型回转类零件的在线检测自适应车削加工方法，包括如下步骤：
(1)用粗加工刀具粗车加工轮廓，留理论车加工余量δ；
(2)用测头在零件每个轮廓交点附近测一个点(测头检测的方法属于业内已有的技术，利用可以采用申请人在先申请的专利201210352231.X中所披露的方法，在此不再赘述。)
比较工件实际尺寸与最终理论尺寸的两个方向误差量即粗加工余量，其中X方向误差量δx＝X1－X0(本实施例中图1和2中所示δx为半径量误差值，如用直径计算，该误差量为图示δx的2倍)，Z方向误差量δz＝Z1－Z0。
其中，X0为每个检测点X方向最终理论尺寸，X1为每个检测点X方向粗加工后轮廓检测尺寸，Z0为每个检测点Z方向最终理论尺寸，Z1为每个检测点X方向粗加工后轮廓检测尺寸。
将各检测点的两个方向误差量按顺序保存记录在车床数控***中，优选每点的δx依次存储在连续的地址位，如存储在X方向刀补地址位：#10020(设20号刀为起点)，#10021，#10022，……，每点的δz依次存储另一组连续的地址位，如存储在Z方向刀补地址位：#11020(设20号刀为起点)，#11021，#11022，……。
在一个实施例中，加工轨迹的某一段为圆弧，则编程按终点坐标值编程，以FANUC***为例，如果加工轨迹见图2，起点坐标为(X0，Z0)，终点坐标为(X1，Z1)，半径为r，程序结构为：G3X1Z1Rr。
(3)用半精加工车刀加工轮廓，其中加工参数和精加工的加工参数完全一致。半精加工刀具与精加工刀具成组使用，加工内容应保证一致，自动计算每个加工理论轨迹交点的坐标值(X，Z)，其中：
加工外圆时，X输入值为X0+δx/2，Z输入值为Z0+δZ/2；加工内孔时，X输入值为X0－δx/2；Z输入值为Z0－δZ/2。即半精加工的理论轨迹线设为最终理论值与粗加工余量的一半之和(外圆)或者之差(内孔)。
其中X0为每个检测点X方向最终理论尺寸，δX该检测点在X方向误差量位即粗加工后的X方向余量，δZ为该检测点在Z方向误差量位即粗加工后的Z方向余量。
用测头在零件每个轮廓交点附近测一个点，比较工件实际尺寸与半精加工理论尺寸的两个方向误差量，其中X方向误差量δx＇＝X1＇－X0＇，Z方向误差量δz＇＝Z1＇－Z0＇。
X0＇为每个检测点X方向半精加工理论尺寸即X0+δx/2或X0－δx/2，X1＇为每个检测点X方向半精加工后轮廓检测尺寸，Z0＇为每个检测点Z方向半精加工理论尺寸即Z0+δZ/2或Z0－δZ/2，Z1＇为每个检测点X方向半精加工后轮廓检测尺寸。
在一个实施例中，将各检测点的两个方向误差量按顺序保存记录在车床数控***中，优选每点的保存记录在连续的地址位，如存储在X方向刀补地址位：#10040(设40号刀为起点)，#10041，#10042，……，每点的δz依次存储另一组连续的地址位，如存储在Z方向刀补地址位：#11040(设40号刀为起点)，#11041，#11042，……。
(4)用另一把与半精加工一致的精加工车刀刀具精加工轮廓，加工参数与半精车加工轮廓一致，分段补偿加工误差，即
加工外圆时，各点X输入值修改为X0－δx＇，Z输入值修改为X0－δZ＇；加工内孔时，各点X输入值修改为X0+δX＇，Z输入值修改为X0+δZ＇。其中，X0该检测点位最终理论输入值，δX＇为该检测点位X方向误差量，δz＇为该点位Z方向误差量。
通过精加工中的上述补偿，即可实现对大型回转类零件的在线检测自适应车削加工，克服因刀具磨损等因素导致的切削误差。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，包括：
对回转体零件进行粗加工后测量零件外形或内孔截面上相邻两轮廓线段的交点坐标，通过与所述交点的最终理论坐标值相比较得到X、Z方向上的粗加工余量(δx，δz)；
根据所述粗加工余量确定半精加工轨迹，并对经过粗加工后的回转体零件进行半精加工，并半精加工后测量回转体零件外形或内孔截面上各相邻两轮廓线段的交点坐标，与该交点的半精加工理论坐标值比较得到X、Z方向上半精加工的误差量(δx＇，δz＇)，所述半精加工轨迹确定为最终理论值与粗加工余量的一半之和或者之差，即X方向的半精加工的轨迹值为X方向的最终理论值与X方向的粗加工余量的一半之和或者之差，Z方向的半精加工的轨迹值为Z方向的最终理论值与Z方向的粗加工余量的一半之和或者之差，所述半精加工的误差量为半精加工实际检测值与半精加工的轨迹值之差；
对经过半精加工后的回转体零件进行精加工，其中精加工中通过车床对半精加工的误差量(δx＇，δz＇)进行补偿确定精加工轨迹，所述精加工的轨迹值包括X方向的精加工的轨迹值和Z方向的精加工的轨迹值，所述精加工中通过车床对半精加工的误差量(δx＇，δz＇)进行补偿具体为将X方向的精加工的轨迹值为X方向的最终理论值与X方向的半精加工误差量之和或者之差，Z方向的精加工的轨迹值设置为Z方向的最终理论值与Z方向的半精加工误差量之和或者之差，从而完成精加工，实现大型回转类零件的在线检测自适应车削加工方法。
2.根据权利要求1所述的一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，其中，所述加工为回转体零件外形时，精加工轨迹值设置为最终理论值与半精加工的误差量之差，半精加工轨迹确定为最终理论值与粗加工余量的一半之差。
3.根据权利要求1或2所述的一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，其中，所述加工为回转体零件内孔时，精加工轨迹值设置为最终理论值与半精加工的误差量之和，半精加工轨迹确定为最终理论值与粗加工余量的一半之和。
4.根据权利要求1或2所述的一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，其中，所述粗加工余量为粗加工后的工件实际尺寸与最终理论尺寸之差。
5.根据权利要求3所述的一种可补偿形状误差的回转体零件车削加工方法，其中，所述粗加工余量为粗加工后的工件实际尺寸与最终理论尺寸之差。
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