一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法与流程

本发明涉及一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法，具体适用于减小刀具的动态切削误差、提高切削精度。

背景技术：

刀具工艺系统是机床进行切削加工的重要组成单元，其中包括主轴、刀柄、刀具三大板块。直接影响零件加工后尺寸精度是否能满足设计要求，在铣削加工中尤其突出。在铣削加工中，对于有装配要求或自身精度要求高的特征，工艺路线常采用粗加工去除大部分余量，精加工光刀保证尺寸的加工策略。对于底面为平面、侧壁为规则垂直面的简单特征精加工时，由于国内常用的机床装载的数控系统均能实现刀具补偿功能，刀具按照理论路线行走，可设置刀具半径补偿参数使得实际刀路参考理论刀路沿多肉方向均匀偏置某个距离，通过该补偿方法对精加工余量进行分层切削，经过多次加工、测量、补偿后最终得到图纸要求的尺寸精度。这种方法简单实用，但仅针对刀具是两轴运动时生效。

对于加工复杂特征如空间曲面、叶片，常用工作流程是先在建模软件中建立零件理论三维模型，然后用量具测量所使用刀具的直径，按照所测得直径在编程软件中建立同等直径的刀具模型，然后基于切削轮廓自动运算出刀具切削刀路，后处理得到数控代码，将之传递至机床控制系统，控制机床刀具行走轨迹切削工件，从而得到预期的零件轮廓。

常用刀具分为镶片式铣刀、整体硬质合金铣刀。对于镶片式铣刀，由于刀片沿圆周均匀分布，存在单数情况，使得刀具测量时存在较明显的误差；对于圆弧铣刀，截面不同，测量出的直径不同，存在较明显的人工误差。

中国专利公告号为cn102581705a，公告日为2012年7月18日的发明专利公开了一种铣削加工工件误差的分度补偿方法，步骤为：根据球头铣刀刀具磨损模型获得工件加工表面上各个位置处随时间变化的加工误差曲线；根据工件加工精度域得到一系列逼近误差曲线的分度直线段，作为分度补偿法确定加工误差补偿值的依据；沿基轴方向进行对称，得到与各个原分度直线段对称的直线段，该直线段上各个点的坐标值即为对应的工件上该点需要补偿的值；在各个分段直线上选定一个域度，划分各个直线段，得到对应的补偿数值，对刀具切削到该位置处的加工坐标进行修改；设定加工时刀具沿x轴方向进给，分别补偿y方向和z方向的加工误差，对刀具中心的加工坐标进行修改。虽然该发明能够对刀具的损引起的加工误差进行补偿，但其仍存在以下缺陷：

1、该发明未考虑刀柄跳动因素，刀柄自身在沿长度范围内存在跳动值，刀具旋转后会生成比刀具直径更大的截面圆。

2、该发明未考虑刀具的旋转误差，刀具在旋转过程中，刀具因自重及长度而产生的转矩也不相同，不同的长度、转速施加给刀具会形成不同的张角a1。刀具最大直径也会引起变化，同时这也是引起刀具直径变化最大的因素。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的未计算刀具动态误差的问题，提供了一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法，所述补偿方法包括以下步骤：

第一步：预装调试，首先，将待使用刀柄安装至机床主轴上，待使用刀具安装至刀柄上固定，此时刀具的对刀面与主轴垂直；然后，将对刀装置固定于机床上，调整对刀装置的对刀孔的中轴线与刀具的中轴线相平行；最后，根据待使用的刀具的直径d3和对刀装置上对刀孔切削前的直径，编制圆形铣刀行走轨迹，并计算理论对刀孔的切削直径d1；

第二步：对刀，控制机床将刀具伸入对刀装置中的铣削部分，按照实际加工过程中的的设定转速n沿第一步中编制的圆形铣刀行走轨迹向对刀孔进行切削，切削完成后刀具退出对刀装置；

第三步：误差测量、计算，将切削完成的对刀装置从机床上取出，测量切削后的实际对刀孔切削直径d2，计算刀具补偿值d＝d2-d1，计算刀具的实际切削直径d4＝d3+d；

第四步：零件加工，将待加工零件放上机床固定，根据刀具实际切削直径d4编制铣刀行走轨迹，并以设定转速n沿编制铣刀行走轨迹对加工零件进行切削，切削完成后刀具退出加工完成的零件，此时零件加工完成；

上式中：d为刀具在刀具工艺系统作用下出现的直径动态偏差值；d1为按照第一步中编制圆形铣刀行走轨迹，待使用刀具铣削后计算得到的对刀孔的孔径值；d2为在对刀装置铣削后对刀孔孔径的实测值；d3为待使用刀具上标注的该型号刀具的切削直径值；d4为待使用刀具经过动态误差补偿后的得到的实际切削直径值。

所述对刀装置包括垂直连接的底板和对刀板，所述对刀板的中部开设有对刀孔，所述底板的顶部通过两个加强板与对刀板的侧部相连接，所述两个加强板分别位于对刀孔的两侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法中利用对刀装置测量刀具在设定转速下的动态误差，然后利用利用测算出的动态补偿值，对刀具的切削值进行修正，最后在相同的测定转速下对待加工零件进行切削加工。因此，本方法有效提高了零件的加工精度，提高了产品的合格率。

2、本发明一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法中的对刀装置，利用垂直连接的底板和对刀板，确保了对刀装置的正确固定，加强板的结构确保了对刀装置在加工时的稳定性，有效提高动态误差的测算精度。因此，本方法的对刀装置有效提高对刀装置的测算精度。

附图说明

图1是本发明对刀装置的结构示意图。

图2是图1的a向视图。

图3是本发明刀具动态误差的示意图。

图4是实施例2的结构示意图。

图5是图4的剖视图。

图6是实施例3的结构示意图。

图7是实施例4的结构示意图。

图8是实施例5的结构示意图。

图中：对刀装置1、底板11、对刀板12、加强板13、对刀孔2、刀具3。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1至图3，一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法，所述补偿方法包括以下步骤：

第一步：预装调试，首先，将待使用刀柄安装至机床主轴上，待使用刀具3安装至刀柄上固定，此时刀具3的对刀面与主轴垂直；然后，将对刀装置1固定于机床上，调整对刀装置1的对刀孔2的中轴线与刀具3的中轴线相平行；最后，根据待使用的刀具3的直径d3和对刀装置1上对刀孔2切削前的直径，编制圆形铣刀行走轨迹，并计算理论对刀孔2的切削直径d1；

第二步：对刀，控制机床将刀具3伸入对刀装置中的铣削部分，按照实际加工过程中的的设定转速n沿第一步中编制的圆形铣刀行走轨迹向对刀孔2进行切削，切削完成后刀具3退出对刀装置1；

第三步：误差测量、计算，将切削完成的对刀装置1从机床上取出，测量切削后的实际对刀孔2切削直径d2，计算刀具补偿值d＝d2-d1，计算刀具3的实际切削直径d4＝d3+d；

第四步：零件加工，将待加工零件放上机床固定，根据刀具实际切削直径d4编制铣刀行走轨迹，并以设定转速n沿编制铣刀行走轨迹对加工零件进行切削，切削完成后刀具3退出加工完成的零件，此时零件加工完成；

上式中：d为刀具在刀具工艺系统作用下出现的直径动态偏差值；d1为按照第一步中编制圆形铣刀行走轨迹，待使用刀具3铣削后计算得到的对刀孔2的孔径值；d2为在对刀装置铣削后对刀孔2孔径的实测值；d3为待使用刀具3上标注的该型号刀具的切削直径值；d4为待使用刀具3经过动态误差补偿后的得到的实际切削直径值。

所述对刀装置1包括垂直连接的底板11和对刀板12，所述对刀板12的中部开设有对刀孔2，所述底板11的顶部通过两个加强板13与对刀板12的侧部相连接，所述两个加强板13分别位于对刀孔2的两侧。

本发明的原理说明如下：

本方法中的刀具3为镶片式铣刀或整体硬质合金铣刀。

实施例1：

参见图1至图3，一种刀具工艺系统的动态误差补偿方法，所述补偿方法包括以下步骤：

第一步：预装调试，首先，将待使用刀柄安装至机床主轴上，待使用刀具3安装至刀柄上固定，此时刀具3的对刀面与主轴垂直；然后，将对刀装置1固定于机床上，调整对刀装置1的对刀孔2的中轴线与刀具3的中轴线相平行；最后，根据待使用的刀具3的直径d3和对刀装置1上对刀孔2切削前的直径，编制圆形铣刀行走轨迹，并计算理论对刀孔2的切削直径d1；

第二步：对刀，控制机床将刀具3伸入对刀装置中的铣削部分，按照实际加工过程中的的设定转速n沿第一步中编制的圆形铣刀行走轨迹向对刀孔2进行切削，切削完成后刀具3退出对刀装置1；

第三步：误差测量、计算，将切削完成的对刀装置1从机床上取出，测量切削后的实际对刀孔2切削直径d2，计算刀具补偿值d＝d2-d1，计算刀具3的实际切削直径d4＝d3+d；

第四步：零件加工，将待加工零件放上机床固定，根据刀具实际切削直径d4编制铣刀行走轨迹，并以设定转速n沿编制铣刀行走轨迹对加工零件进行切削，切削完成后刀具3退出加工完成的零件，此时零件加工完成；

上式中：d为刀具在刀具工艺系统作用下出现的直径动态偏差值；d1为按照第一步中编制圆形铣刀行走轨迹，待使用刀具3铣削后计算得到的对刀孔2的孔径值；d2为在对刀装置铣削后对刀孔2孔径的实测值；d3为待使用刀具3上标注的该型号刀具的切削直径值；d4为待使用刀具3经过动态误差补偿后的得到的实际切削直径值。

所述对刀装置1包括垂直连接的底板11和对刀板12，所述对刀板12的中部开设有对刀孔2，所述底板11的顶部通过两个加强板13与对刀板12的侧部相连接，所述两个加强板13分别位于对刀孔2的两侧。

实施例2：

实施例2与实施例1基本相同，其不同之处在于：

参见图4至图5，第四步：零件加工，加工图4所示的零件。

采用常规方法加工零件：本例选择机床为常用的落地镗床，其刀具主轴沿水平方向。选用刀柄为常用的莫式锥度刀柄，刀具为φ20整体硬质合金铣刀。简易对刀装置光孔直径为φ60。加工零件为电触座(见图)，加工内容为外形面耳座(加粗部位)，要求保证装配尺寸l1、l2、h1(耳座部位与馈电反馈部件接触，用做力矩传感，若装配间隙过大，则力矩传感在传输过程中将失真，严重影响反馈精度)。其中l1、l2公差0.05，h1公差0.1。该零件型面由于无法在机床上进行测量，只能在加工完成后送三坐标测量仪检测，因此，对刀具工艺系统要求精度很高，在使用现有加工方法加工时，l1、l2、h1尺寸频繁超差，且超差范围多在0.2mm左右。10件中仅能保证2件合格。

采用本设计方法加工零件：通过实际加工效果，10件中能保证8件合格，其中超差两件的超差范围大幅度缩小(范围在0.01mm级以内)。

实施例3：

实施例3与实施例1基本相同，其不同之处在于：

参见图6，加工燃气轮机外壁本体：外壁本体与水平法兰是通过凸凹槽配合，经过电子束焊结合成一个整体。而电子束焊对装配间隙有严格要求，其错变量≤0.1mm，由于凹槽底部为样条曲线，从而导致整个凹槽尺寸精度控制相当困难，采用现有方法按照测量刀具实测值的方法进行加工的零件，凹槽宽度、长度均超差约0.2mm，在装配过程中，由于错变量过大，需使用钳工钳修的方法，边装配边对错变量位置进行打磨，费时费力。而采用本专利使用的刀具补偿方法，凹槽加工完毕，与水平法兰的装配过程一次成功，各面的间隙均满足焊接要求。

实施例4：

实施例4与实施例1基本相同，其不同之处在于：

参见图7，加工动力传递叶片，叶片作为回转推进的动力传递部件，自身型面轮廓度有很高的要求，若型面数据有偏差，将影响推进装置最大速度极限值，采用现有方法，通过测量刀具的静态直径值铣削叶片，得到的轮廓度通过三坐标测量，均在±0.25mm左右。对推进速度峰值有较大影响，再使用本专利提供的刀具补偿方法后，成功的将加工后零件轮廓度控制在±0.05mm。极大的降低了对推进速度峰值的影响。

实施例5：

实施例5与实施例1基本相同，其不同之处在于：

参见图8，加工风速感应接收器，在某风速感应装置中，需在感应支座上冷套100个风速感应接收器，本体上有葫芦型凹槽，感应接收器下方有与凹槽相配的葫芦形，设计要求冷套后接收器与支座凹槽间隙0.1-0.13mm，用作风力震动接收。由于葫芦形凹槽加工后无法直接测量，采用现有方法，测量刀具静态误差后，直接对该处特征进行加工，在实际装配中发现50余处出现冷套间隙不合格的情况，从而导致大量接收器报废。在采用本专利方法后，成功对50余处不合格凹槽进行修复，所有凹槽均满足间隙配合要求。