發(fā)布時間：2019-06-20 14:23

【摘要】：隨著我國航空航天、國防、運載和能源等領(lǐng)域不斷的發(fā)展,精密復(fù)雜零件對加工效率、成形的精度以及成品率等指標(biāo)提出了更高要求。鑒于復(fù)雜曲面類零件的幾何結(jié)構(gòu)復(fù)雜性,該類零件一般都由五軸數(shù)控機(jī)床加工完成。本文圍繞復(fù)雜曲面加工誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù),系統(tǒng)研究了五軸加工銑削力預(yù)測、刀具變形誤差補(bǔ)償、在機(jī)檢測技術(shù)和誤差反饋補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)理論與策略,并將涉及到的模型、方法和系統(tǒng)進(jìn)行了實驗驗證。實現(xiàn)了對復(fù)雜曲面加工過程中“預(yù)補(bǔ)償-檢測-反饋補(bǔ)償”的分步補(bǔ)償過程,這對提高零件型面加工精度和降低報廢率等方面都具有重要的意義。基于五軸數(shù)控機(jī)床的運動學(xué)理論,建立了加工過程中刀具相對于工件的空間轉(zhuǎn)換關(guān)系,提出一種五軸加工未變形切屑厚度的計算模型。根據(jù)所提出的球頭銑刀微元銑削力模型,綜合考慮了耕犁力對銑削力預(yù)測模型精度的影響,建立了基于刀刃運動軌跡分析的五軸加工銑削力預(yù)測模型,并給出了耕犁力和剪切力系數(shù)的識別方法�；趹冶劾碚摲治隽说毒咴诩庸み^程中的受力變形規(guī)律,提出了一種應(yīng)用于五軸加工的刀具變形誤差補(bǔ)償策略。將誤差“鏡像”反變形補(bǔ)償方法擴(kuò)展至五軸加工刀具變形誤差補(bǔ)償中,分別對刀位點和刀軸矢量進(jìn)行“鏡像”反變形誤差補(bǔ)償。考慮到誤差補(bǔ)償參考基準(zhǔn)對補(bǔ)償效果的影響,建立了五軸加工刀具變形誤差補(bǔ)償?shù)膮⒖蓟鶞?zhǔn)模型。完成五軸數(shù)控機(jī)床在機(jī)檢測復(fù)雜曲面測量軟件系統(tǒng)的開發(fā)。通過對系統(tǒng)各功能模塊的設(shè)計,實現(xiàn)了對復(fù)雜零件曲面檢測點規(guī)劃、檢測點信息提取、檢測路徑自動規(guī)劃、檢測代碼生成和檢測路徑仿真的一體化過程。對復(fù)雜曲面在機(jī)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差評定處理,提出了一種基于五軸數(shù)控機(jī)床在機(jī)檢測的誤差反饋補(bǔ)償策略。該補(bǔ)償策略以測量點相對于理論曲面的法向偏差為依據(jù),基于“鏡像”反變形的思想,計算獲得測點云對應(yīng)的“鏡像”補(bǔ)償點位置,利用NURBS曲面擬合理論,對“鏡像”點云進(jìn)行曲面插值,從而得到補(bǔ)償加工曲面輪廓。在三維軟件中對補(bǔ)償零件模型進(jìn)行重構(gòu),以重構(gòu)模型作為加工驅(qū)動幾何體規(guī)劃刀具加工路徑,指導(dǎo)后續(xù)補(bǔ)償加工。本文的研究成果對豐富和完善復(fù)雜零件曲面“加工-檢測-補(bǔ)償加工”一體化的質(zhì)量控制過程提供了可行、科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
[Abstract]:With the continuous development of aerospace, national defense, transportation and energy in China, precision and complex parts put forward higher requirements for machining efficiency, forming accuracy and yield. In view of the complexity of the geometric structure of complex curved surface parts, this kind of parts are usually machined by five-axis NC machine tools. In this paper, the related theories and strategies of five-axis machining milling force prediction, tool deformation error compensation, in-machine detection technology and error feedback compensation are systematically studied around the key technologies of complex surface machining error compensation, and the related models, methods and systems are verified by experiments. The step-by-step compensation process of "pre-compensation, detection-feedback compensation" in the process of complex surface machining is realized, which is of great significance to improve the machining accuracy of parts profile and reduce the scrap rate. Based on the kinematic theory of five-axis NC machine tool, the spatial conversion relationship between cutting tool and workpiece in machining process is established, and a calculation model of undeformed chip thickness in five-axis machining is proposed. According to the proposed micro-element milling force model of ball end milling cutter, considering the influence of ploughing force on the accuracy of milling force prediction model, a five-axis machining milling force prediction model based on blade trajectory analysis is established, and the identification method of ploughing force and shear force coefficient is given. Based on the cantilever theory, the force and deformation law of the tool in the machining process is analyzed, and a tool deformation error compensation strategy applied to the five-axis machining is proposed. The error "mirror" anti-deformation compensation method is extended to the five-axis machining tool deformation error compensation, and the "mirror" anti-deformation error compensation is carried out for the tool position and the tool axis vector, respectively. Considering the influence of the reference of error compensation on the compensation effect, the reference model of tool deformation error compensation for five-axis machining is established. Complete the development of five-axis CNC machine tool in-machine detection complex surface measurement software system. Through the design of each functional module of the system, the integrated process of surface detection point planning for complex parts, detection point information extraction, automatic detection path planning, detection code generation and detection path simulation is realized. The error evaluation and processing of complex surface in-machine detection data is carried out, and an error feedback compensation strategy based on five-axis NC machine tool in-machine detection is proposed. The compensation strategy is based on the normal deviation of the measured point relative to the theoretical surface, and based on the idea of "mirror" anti-deformation, the position of the "mirror" compensation point corresponding to the measuring point cloud is calculated, and the surface interpolation of the "mirror" point cloud is carried out by using NURBS surface fitting theory, so as to obtain the compensation machining surface outline. The compensation part model is reconstructed in three-dimensional software, and the reconstruction model is used as the machining driving geometry to plan the tool machining path and guide the subsequent compensation machining. The research results of this paper provide feasible, scientific theoretical basis and technical support for enriching and perfecting the integrated quality control process of machining, testing and compensation machining of complex parts.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG659

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本文編號：2503290