空间三维刀具误差补偿研究

摘要

目的研究空间三维状态下刀具误差补偿方法,提高多轴加工复杂自由曲面表面轮廓精度。方法首先对五轴加工中刀具与工件接触方式及刀具中心点、刀具接触点位置及矢量关系进行了分析,推导出空间刀具误差补偿数学模型,通过MATLAB初步对补偿算法进行了验证。基于双摆头式五轴机床运动学模型,结合刀具误差补偿模型,开发了带有刀具误差补偿功能的专用后置处理器。最后,通过开发的专用后置处理软件进行G代码转换,采用某叶片试件进行了仿真和实际切削实验,并对实验结果进行了分析。结果在复杂曲面加工中,通过合理的刀具误差补偿方法,可获得理论刀具尺寸下同样的表面质量及轮廓精度。刀具误差补偿值越小,补偿效果越明显,加工效果与理论结果越接近。叶片试件分别采用φ8、φ9、φ9.5及φ10刀具仿真加工,与理论φ10刀具加工的数据对比,三种尺寸刀具补偿加工后的残留误差差值分别约为0.08、0.06、0.04 mm,其中φ9.5的刀具误差补偿后的加工效果与理论结果最接近。结论采用刀具空间误差补偿方法,可获得与理论刀具一样的切削效果,有效提高零件的表面质量,不仅可以获得稳定的复杂零件轮廓精度,还可以减少辅助时间。误差补偿效果与实际补偿值的大小有关,补偿值越小,补偿效果越好。