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包络铣削法是一种在异形螺杆加工行业应用广泛的高效铣削技术，该方法的加工精度主要取决于数控程序的编制精度。本文对目前常用编程方法的程序编制误差进行了分析并提出了误差的软件补偿方法，这是提高螺杆加工精度的一个有效途径。 1 模拟加工误差分析 1.1 加工过程& e; f# ?4 V: r: p
根据工件截面廓形及盘铣刀的不同几何特性，螺杆的无瞬心包络铣削过程有的只需X、Z、C三轴联动即可包络加工出螺旋面(图1a)；而有的需X、Y、Z、C四轴联动方可无干涉地包络加工出其螺旋面(图1b)。加工时工件的旋转运动C、刀具相对于工件的径向X、轴向Z及Y等多轴在一定数控参数的控制下实现刀具刀刃与工件螺旋面的逐点“啮合”的相对运动轨迹关系，从而包络切削出整个工件的螺旋表面。在这种包络过程中，刀刃与工件螺旋面之间的包络轨迹呈复杂的空间关系，求解这种关系，计算插补参数是非常复杂、困难的工作，因此目前在实际应用中常常把这种空间包络关系简化到工件横截面内，按平面问题来编制程序。 图1 无瞬心包络加工原理图 为了检验已有数控程序的编制精度，我们在应用计算机对刀具和工件以及它们的相对运动关系进行数字化离散的基础上，编制了模拟机床实际加工运动，并在空间内计算出工件的实际加工曲面，得到了工件廓形编程误差的精度分析软件，这是程序精度检验及误差补偿工作的基础。
1 f3 e- ^- Z3 j, Y3 ^1.2 模拟结果) d5 j) ?+ t6 M/ H& a4 H3 Y Z( S& Q
对图1a形状的工件螺杆大径为101mm,小径为71mm，导程为860mm，5头，编程精度要求为0.08mm，经计算所得误差分析结果如图2、图3所示。 图2 编程误差分布曲线 图3 切削点偏移轨迹 图2所示的是一个廓形周期在72°范围内，由一个峰点到下一个峰点之间各极角对应的极径误差。由于螺杆廓形及刀具的几何特性均为对称，所以该误差分布曲线也是以36°为中心呈对称关系。图3所示的是螺杆半个周期内由峰点到谷点36°范围内刀具与工件之间的空间啮合轨迹，即在工件螺旋表面上刀刃的切削点轨迹。) K' |0 h( s& A7 Y( J
1.3 结果分析
0 T/ K8 \* ~6 U 对以上切削模拟误差分布曲线进行分析可得所编程序中的两种主要误差，一种是图2中小周期成分所表现的插补误差；另一种是图2中由峰点到谷点间，即A1、An、Am间的W形大周期误差波形及图3中S形切削点轨迹所表现的偏移误差。7 }! B$ z k( H/ d8 s8 A
(1)插补误差 图2中的尖点Ai为编程的插补结点，每两点间的误差反映出了插补运动轨迹与理论廓形之间的误差。由于工件上A1～Am和Am～An范围内的螺杆截面廓形的凸凹不同，使得实际插补运动轨迹小于或大于理论曲线，故曲线呈下凹或上凸形状，误差值有负、有正。
; V& ?7 I0 n* k5 \/ Z (2)偏移误差 盘铣刀的安装角β取工件螺旋面中径的螺旋角。在工件截面中径Am点处工件螺旋方向与刀具切削点的切向一致，与编程条件相同，不存在编程误差；A1、An点分别为截面曲线的最高和最低极点，其法向与径向相同，也不存在编程误差，图2曲线上也表示出了这三点处的编程误差为0。/ l" a4 ? |8 y3 q, t- e# h- ~' W/ I3 o
在上述三点之外的A1～Am和Am～An段内，各点的螺旋角是变化的，由此因素造成了各切削(啮合)点处螺旋角与刀具安装角的不同，使啮合轨迹不在过刀具中心的工件横截面即编程截面内，而是在其附近左右摆动，工件螺旋表面上呈“S”形，如图3、图4的计算模拟与实际加工刀纹所示。这种空间的切削轨迹就使得机床在按平面问题编制的程序控制下，除了A1、Am、An三点所有点处的工件径向尺寸都小于编程值，如图2中A1～An点范围内的大周期“W”形误差曲线所示，这种切削点偏移造成的误差叫偏移误差，它是编程误差中的主要成分。在这一例件上最大插补误差为0.05mm，最大偏移误差为0.17mm，螺旋面上的切削点偏移量为±0.25mm。 图4 实际加工刀纹 2 误差的软件补偿 在各种误差产生机理和分布规律的分析基础上，对原有以平面问题编制的数控程序可以通过软件补偿的方法来提高其精度。补偿工作中对程序的两种误差采取不同的措施分别进行。对插补误差，采用细化插补节点的方案进行补偿；对偏移误差，采用由插补节点的偏移误差值修正原始程序中对应点坐标值的方案进行补偿，进行一次补偿后的程序由计算机模拟的误差分布曲线如图5所示，其最大偏移误差已由原来的0.17mm减小到0.07mm，达到了程序设计的要求。继续进行上述补偿过程，可得到更高精度的数控程序。 图5 偏移误差补偿后的误差分布曲线 3 结论 (1)文中所述的在建立离散数学模型的基础上，用计算机模拟进行程序设计的误差分析是正确可行的。0 d. y, ~( V( d5 X9 ?
(2)这种模拟分析可在工件实际加工前预测加工的精度。
- `/ e& q3 g' G (3)在误差分析基础上的软件补偿方法是提高按工件截面廓形这一简单编程方式所获程序精度的有效途径。 因为很小所以就不打包了！
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[ 本帖最后由 sxw68 于 2007-3-15 14:30 编辑 ] | 
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发表于 2007-3-14 18:26:20