CN106502204A - 数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法 - Google Patents

数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，包括以下步骤：在一细长轴加工中动态采样若干点的挠度变形值；根据上述若干点的挠度变形值绘制细长轴的变形图；判断当前刀具所在的加工区间，以此为基础根据细长轴的变形图找到刀具所在的变形区间(a，b)，调取Za，Zb两端变形值，构造线性插值函数；根据当前刀具点Z0，代入上述线性插值函数X(z)，即可求得当前位置X方向误差补偿值X(Z0)。本发明根据测量细长轴在加工状态下的各点挠度变形，根据细长轴上各点的实际变形，计算出X方向误差补偿值，在后续的车削加工中动态实时补偿因挠度产生的变形，将变形误差减小到最小，极大的提高了细长轴的加工精度。

Description

数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法
技术领域
本发明涉及数控技术及数值分析方法，具体涉及一种数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法。
背景技术
目前数控车床车削细长轴时由于径向切削力大，轴的挠度变形较大，影响了加工精度，虽然有顶尖、跟刀架等增强加工刚度的装置，但是并没有从根本上解决因挠度变形产生的误差。
数控车床车削细长轴挠度变形分析：
如图1所示，在细长轴加工时一般采用一夹一顶的方式，刀具在轴表面切削加工，细长轴受到轴向力Fz和径向力Fx的作用。
如图2所示，在径向力Fx的作用下，细长轴产生挠度变形。加工点受径向力，偏离工件的理想位置产生挠度变形Δ1，其中，中点处变形最大。当刀具移动到另一点时，此处也受到径向力作用产生挠度变形Δ2。因各点的位置不同，挠度变形大小也不相同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，以将因挠度产生的变形误差减小，提高加工精度。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，包括以下步骤：
步骤S1，在细长轴车削工艺流程确定的情况下，在一细长轴加工中动态采样若干点的挠度变形值，并以此作为动态误差补偿的依据；
步骤S2，根据上述若干点的挠度变形值绘制细长轴的变形图，变形图采取数控车床坐标轴命名标准，即横轴为Z轴，纵轴为X轴，并以细长轴中心最大形变处为原点；
步骤S3，判断当前刀具所在的加工区间，以此为基础根据细长轴的变形图找到刀具所在的变形区间(a，b)，调取Za，Zb两端变形值，构造线性插值函数，线性插值函数X(z)构造方法：
其中：za,zb为测量变形区间；
xa,xb为区间端点的变形值；
步骤S4，根据当前刀具点Z0，代入上述线性插值函数X(z)，即可求得当前位置X方向误差补偿值X(Z0)。
进一步，所述步骤S2中，所述细长轴的变形图中，右侧为正，左侧为负，每间隔一定距离测量一个变形值。
进一步，测量变形值的间隔距离为100mm。
进一步，所述补偿方法可通过数控车削***来完成，根据步骤S1的挠度变形值编制动态误差补偿程序，动态误差补偿程序包括主程序和子程序，利用数控***自身的运算能力和子程序调用功能完成，从而实时动态地补偿X方向的进给。
进一步，本方法还包括步骤S5，将径向X值减去X方向误差补偿值X(Z0)即为实际进给X方向值。
采用了上述技术方案后，本发明根据测量细长轴在加工状态下的各点挠度变形，根据细长轴上各点的实际变形，计算出X方向误差补偿值，在后续的车削加工中动态实时补偿因挠度产生的变形，将变形误差减小到最小，极大的提高了细长轴的加工精度；本发明的动态误差补偿方法可以通过编制软件利用数控***自身存储和运算能力完成，容易实现，成本小，安全性高，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为数控车床车削细长轴的示意图；
图2-1为受径向力作用细长轴的挠度变形图；
图2-2为受径向力作用细长轴的挠度变形图；
图3为本发明的细长轴的挠度变形图；
图4为本发明的动态误差补偿程序的主程序流程图；
图5为本发明的动态误差补偿程序的子程序流程图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
一种数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，包括以下步骤：
步骤S1，在某一细长轴的批量生产中，在细长轴车削工艺流程确定的情况下，首先在一个细长轴加工中动态采样若干点的挠度变形值，并以此作为动态误差补偿的依据；
步骤S2，根据上述若干点的挠度变形值绘制细长轴的变形图，变形图采取数控车床坐标轴命名标准，即横轴为Z轴，纵轴为X轴，并以细长轴中心最大形变处为原点；
步骤S3，判断当前刀具所在的加工区间，以此为基础根据细长轴的变形图找到刀具所在的变形区间(a，b)，调取Za，Zb两端变形值，构造线性插值函数，线性插值函数X(z)构造方法：
其中：za,zb为测量变形区间；
xa,xb为区间端点的变形值；
步骤S4，根据当前刀具点Z0，代入上述线性插值函数X(z)，即可求得当前位置X方向误差补偿值X(Z0)。
优选地，所述步骤S2中，所述细长轴的变形图中，右侧为正，左侧为负，每间隔一定距离测量一个变形值。
可选地，测量变形值的间隔距离为100mm。
优选地，所述补偿方法可通过数控车削***来完成，根据步骤S1的挠度变形值编制动态误差补偿程序，动态误差补偿程序包括主程序和子程序，利用数控***自身的运算能力和子程序调用功能完成，从而实时动态地补偿X方向的进给。
主程序流程图，如图4所示，子程序流程图，如图5所示。在图4中，主程序执行NC加工程序。因为工件轴向(Z向)刚度好，Z向不采取补偿措施。判断X方向的进给，当有X方向进给时，调用误差补偿子程序。
在图5中，首先判断当前刀具所在加工位置，以此为基础，根据表1找到刀具所在变形区间，调取Za，Zb两端变形值，构造线性插值函数。
进一步，本方法还包括步骤S5，将径向X值减去X方向误差补偿值X(Z0)即为实际进给X方向值。
下面以实际生产中车削细长轴为例：
表1为一细长轴的参数，长度800mm，直径Φ50mm，材质为45钢，加工中转速2000r/min，进给1.0mm/r，在此状态下加工中的挠度变形测量值。
表1细长轴的加工挠度变形值
Z方向位置值(mm) X方向变形值(mm) Z方向位置值(mm) X方向变形值(mm)
Z0(0) 0.496 Z0(0) 0.496
Z1(100) 0.398 Z-1(-100) 0.392
Z2(200) 0.312 Z-2(-200) 0.308
Z3(300) 0.197 Z-3(-300) 0.191
Z4(400) 0 Z-4(-400) 0
根据表1绘制了此细长轴的变形图，如图3所示。需要说明的是，测量挠度变形值是刀具所在的位置。如刀具在0处，变形0.496mm；刀具移动到100mm时，测量变形值0.398mm。
当刀具z0在50mm处，则补偿值算法如下：
查表1，刀具所在区间为Za,Zb(0,100)，xa＝0.496,xb＝0.398，根据公式(1)构造线性插值函数：
带入z0＝50，X(50)＝0.447mm，即刀具在50mm处加工需要补偿0.447mm。以上计算均可通过编制数控程序完成。
对于其它尺寸的细长轴类零件均可按照此方法进行补偿，测量变形值，修改表1的参数即可，动态误差补偿方法不变，动态误差补偿程序不变。
本发明根据测量细长轴在加工状态下的各点挠度变形，根据细长轴上各点的实际变形，计算出X方向误差补偿值，在后续的车削加工中动态实时补偿因挠度产生的变形，将变形误差减小到最小，极大的提高了细长轴的加工精度；本发明的动态误差补偿方法可以通过编制软件利用数控***自身存储和运算能力完成，容易实现，成本小，安全性高，具有广阔的应用前景。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，在细长轴车削工艺流程确定的情况下，在一细长轴加工中动态采样若干点的挠度变形值，并以此作为动态误差补偿的依据；
步骤S2，根据上述若干点的挠度变形值绘制细长轴的变形图，变形图采取数控车床坐标轴命名标准，即横轴为Z轴，纵轴为X轴，并以细长轴中心最大形变处为原点；
步骤S3，判断当前刀具所在的加工区间，以此为基础根据细长轴的变形图找到刀具所在的变形区间(a，b)，调取Za，Zb两端变形值，构造线性插值函数，线性插值函数X(z)构造方法：
X ( z ) = z b - z z b - z a · x a + z - z a z b - z a x b ... ( 1 )
其中：za,zb为测量变形区间；
xa,xb为区间端点的变形值；
步骤S4，根据当前刀具点Z0，代入上述线性插值函数X(z)，即可求得当前位置X方向误差补偿值X(Z0)。
2.根据权利要求1所述的数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述细长轴的变形图中，右侧为正，左侧为负，每间隔一定距离测量一个变形值。
3.根据权利要求2所述的数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，其特征在于：测量变形值的间隔距离为100mm。
4.根据权利要求1或2或3任一项所述的数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，其特征在于：所述补偿方法可通过数控车削***来完成，根据步骤S1的挠度变形值编制动态误差补偿程序，动态误差补偿程序包括主程序和子程序，利用数控***自身的运算能力和子程序调用功能完成，从而实时动态地补偿X方向的进给。
5.根据权利要求4所述的数控车削细长轴挠度误差动态补偿方法，其特征在于：本方法还包括步骤S5，将径向X值减去X方向误差补偿值X(Z0)即为实际进给X方向值。
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