一种基于数控机床的自适应加工方法与流程

文档序号:16857384发布日期:2019-02-12 23:29
一种基于数控机床的自适应加工方法与流程

本发明属于数控机械加工技术领域,具体涉及一种基于数控机床的自适应加工方法。



背景技术:

大型薄壁零件,精铸零件越来越多的出现在航空发动机的结构中,薄壁零件易变形,精铸零件一致性较差,现有的加工技术,控制基准突变能力比较有限,应用现有加工技术必须通过反复修整的加工方法减小零件的误差,从而保证零件的加工质量,加工效率低,人为影响因素大,人力成本高,并且不能完全规避零件误差对加工质量的影响。随着国内外形势的不断变换,对航空发动机稳定性,质量,效率,成本,都提出了更高的要求,因此迫切需要找到一种有效解决此类问题的方法。通过在线测量技术的不断开发应用,是一种高效、低成本解决此类问题的一种方法。



技术实现要素:

为了解决薄壁类、精铸类等加工基准易变化,影响零件加工质量的问题,有效提高加工自动化水平,提高加工效率,降低成本,降低加工风险,本发明提供一种基于数控机床的自适应加工方法,技术方案如下:

一种基于数控机床的自适应加工方法,包括以下步骤:

步骤1、分析零件结构,根据所需加工面,确定加工补偿方案,具体为确定所需加工的面,以及确定加工该面时动作的轴为补偿轴;

步骤2、根据加工补偿方案,编制测量程序,通过数控加工中心在线测量功能对零件的加工基准进行在线测量,得到的动态变量数据自动传递到设定的机床参数中保存;

步骤3、根据加工补偿方案和在动态变量数据,编制动态加工程序,所述动态加工程序使用所采集的动态变量数据,多轴联动加工,形成能够自适应动态补偿的动态加工程序,达到随形就弯的目的,从而实现自适应加工,确保零件壁厚或深度等尺寸特性符合零件加工质量要求;

步骤4、零件加工后,通过数控加工中心在线测量功能对加工后的零件尺寸进行自动测量,与零件图纸的理论值进行比较,若零件尺寸不合格,则反馈至加工程序,重新进行加工;

同时,结合刀具寿命管理、刀具使用次数或时间,对刀长、刀补、坐标系或加工程序补偿数据进行自动修正补偿,使程序带有自学习自补偿功能,并可以控制零件的实际尺寸区间范围,最终确保加工后的零件尺寸及加工质量。

优选的,步骤2中所述的测量方案,测量面选取变化较大的型面、测量基准面、不干涉表面等变形的表面进行在线测量。

优选的,步骤2中所述机床参数使用自定义参数。

优选的,步骤2中所述机床参数具体使用GUD参数。

与现有技术相比,本发明的有益效果是:

本发明应用自适应加工方法解决了薄壁类、精铸类等零件加工基准变化对零件加工质量造成的影响,实现自动化,智能化、自适应加工,产品尺寸特性控制在最优区间,提高产品的稳定性、可靠性和互换性。

该技术已用于多台加工中心设备,解决了零件变形、铸造误差等引起的质量问题,提升了机床的自动化加工能力,提升了机床利用率,有效降低人力成本,具有较高的经济和实用价值。

附图说明

图1为本发明的一种基于数控机床的自适应加工方法的流程图

具体实施方式

需要说明,本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等,如果该特定姿态发生改变时,则该方向性指示也相应地随之改变。

本发明提供了一种基于数控机床的自适应加工方法,包括以下步骤:

一种基于数控机床的自适应加工方法,包括以下步骤:

步骤1、针对零件加工型面,分析零件的结构工艺、变形误差、加工程序及补偿方式,确立加工刀轴方向,从而确立加工补偿方案及补偿轴的方向(与加工刀轴运动方向相同),建立数学补偿模型;

具体的,确立加工补偿方案具体为确定所需加工的面,以及确定加工该面时运动的轴(X轴、Y轴、Z轴或B轴)为补偿轴进行补偿。

步骤2、根据加工补偿方案,确立相应的测量方案,建立测量模型,编制测量程序,通过数控加工中心的红外线测头对零件的加工基准进行在线测量,得到的动态变量数据自动传递到设定的机床参数中保存。

在本实施例中使用的数控加工中心的型号具体为西门子840D系列的MANDELLI_1600,当然,也可以采用其他具有在线测量功能的数控加工中心或数控机床。

为避免参数冲突,机床参数优选使用自定义参数,例如GUD参数,存储位置具体为LSR_R[1]-LSR_R[500]。

步骤3、根据加工补偿方案和在动态变量数据,编制动态加工程序,所述动态加工程序使用所采集的动态变量数据,多轴联动加工,形成自适应动态补偿的加工程序,达到随形就弯的目的,即加工零件是曲线形状,加工程序也是曲线形状,加工零件是波浪形,加工程序也是波浪形,从而实现自适应加工,确保零件壁厚或深度等尺寸特性符合零件加工质量要求。

步骤4、零件加工后,通过数控加工中心在线测量功能对加工后的零件尺寸进行自动测量,与理论值进行比较,若零件尺寸不合格,则反馈至加工程序,重新进行加工;

同时,结合刀具寿命管理、刀具使用次数或时间,形成经验数据,对刀长、刀补、坐标系或加工程序补偿数据进行自动修正补偿,使程序带有自学习自补偿功能,并可以控制零件的实际尺寸区间范围,最终确保加工后的零件尺寸及加工质量。

具体的,步骤2中所述的测量方案,测量面一般选取变化较大的型面、测量基准面、不干涉表面等能够反映变形规律的表面进行在线测量,一般,零件变动量越大,所采集点位应越密集。

如下以承力环零件为例对本发明的方法进行具体说明。

步骤1、针对零件所需加工型面,分析零件结构工艺、变形误差、加工程序及补偿方式,确立加工补偿方案,确立补偿轴,建立数学补偿模型。承力环零件为薄壁环形件,主要加工难点有两个,一个是零件壁厚尺寸特性,另一个是接刀痕问题,也就是本工序加工特性与之前工序加工特性间接刀痕大小的控制问题,变形主要集中在零件装夹后端面跳动和圆周跳动超出加工规定的技术条件,例如端面跳动0.2mm,圆周跳动0.2mm,无法保证壁厚特性公差0.2mm和接刀痕特性最大0.15mm的质量要求。通过针对加工设备主轴方向和零件的加工型面的分析,确立加工程序中的Y轴和Z轴为补偿轴,通过与B轴三轴联动的方式动态补偿实现自适应控制。加工端面方向的接刀痕问题,通过机内对刀结合在线测量可将接刀痕误差控制在0.02mm内。加工圆周方向的接刀痕问题,由于加工中让刀问题可以通过加工后的数据测量进行自动补偿数据设定,补偿值自动叠加在Z轴数据中,可通过TRANS Z=让刀数据,进行补偿,或坐标系$P_UIFR[1,Z,FI]进行补偿;

步骤2、根据加工补偿方案,确立相应的测量方案,建立测量模型,编制测量程序,对零件加工基准进行在线测量,得到的动态变量数据自动传递到机床参数中保存。一般选取变化较大的型面、测量基准面、不干涉表面等能够反映变形规律的表面进行在线测量。零件变动量越大,所采集点位应越密集。

本零件为大型环形件,零件端面跳动和圆周跳动变化比较均匀,根据多次测量数据总结的结果,我们选择每20度为分度测量点,采集数据的能够满足加工要求。在线测量的表面选择两道工序之间产生接刀痕表面以及加工中用于测量的基准面,为避免参数冲突,应使用自定义参数,圆周跳动0-360度数据分别记录在LSR_R[1]-LSR_R[18]),端面跳动0-360度数据分别记录在LSR_R[19]-LSR_R[36]),产生接刀痕的表面在槽底位置,圆周跳动跳分别记录在LSR_R[41]-LSR_R[58])参数中;

步骤3、根据加工补偿方案和得到的动态变量数据(自定义GUD参数),编制动态加工程序,加工程序中应添加前面采集的动态变量数据,多轴联动加工时形成自适应动态补偿加工程序,达到随形就弯的效果,即加工零件是曲线形状,加工程序也是曲线形状,加工零件是波浪形,加工程序也是波浪形,实现自适应加工,确保零件壁厚特性或深度的接刀痕特性等符合零件加工要求,且加工质量最优。

加工程序如下:

步骤4、加工后对加工尺寸进行自动测量,并与理论值进行比较,并结合刀具寿命管理,刀具使用次数或时间,形成经验数据,记录在LSR_R[40]中,对刀长、刀补、坐标系或加工程序补偿数据进行自动修正补偿,使程序带有自学习自补偿功能,并可以控制零件的实际尺寸区间范围,例如接刀痕控制在0.02mm执行程序MM01,接刀痕控制在0.02-0.05mm执行程序MM02,接刀痕控制在0.05-0.1mm执行程序MM03,确保加工后的零件尺寸最优。

加工效果显示,加工后零件壁厚特性均匀一致,波动范围不大于0.05mm,零件端面接刀痕可控制在0.02mm内,零件圆周方向接刀痕可以控制在0.03mm范围内,确保零件尺寸100%合格并且加工质量达到最优化。

本发明的优异之处在于,此加工方法非常适合加工尺寸特性要求严格,零件基准变化量较大,零件加工状态不能满足加工要求的情况,可快速解决这些问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本权利要求范围当中。

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