数控加工复杂曲面误差分析

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摘要：数控加工技术的应用，对于复杂的曲面加而言，尽管是非常精密的一种加工手段，但其中会存在一些因素对其加工精准产生影响，从而产生误差。所以，本文针对数控加工的复杂曲面误差做出了如下分析和探究。

关键词：数控加工；复杂曲面；误差

在各行各业当中对复杂曲面有着广泛的应用，如汽车行业以及航天行业中。因为科学技术的快速提升，面对更加复杂的曲面精度以及复杂的零件形状，其质量要求更加严格，这便需要当前的数控加工技术进行更多的创新和提升，以便确保生产出来的曲面零件的精度和质量与生产的要求相符合。其中，在实施数控加工的过程中，会因为误差问题影响复杂曲面零件的精准度，所以要对数控加工误差进行严格控制，应用相应的手段使复杂的曲面零件误差有所降低，以便使加工的效率得到提升。

一、复杂全面数控加工的现状

通常情况下，数控加工技术的应用，对于复杂的曲面加工来说，尽管是非常精密的一种加工手段，但其中会存在一些因素对其加工精准产生影响，从而产生误差。例如：应用的道具材料、曲面模型以及加工方法等。在具体操作的过程中，刀具的应用理论运行轨迹与补插轨迹之间会产生一定的误差，如果不对其进行严格控制，会产生更大的加工误差，降低工作效率。当前，五坐标联动数控加工高技术以及三坐标数控加工技术的应用非常广泛，尽管起到的作用非常重要，但是也有一些不可避免的影响因素[1]。当前，在数控加工当中，主要应用的刀具包括球形刀、端铣刀以及环形刀等，因为球形刀当中的任意点与曲面进行接触之后产生的效果都是相同的，因为多使用球形刀具对曲面实施加工，并且在三轴联动数控加工以及五轴联动数控加工中非常适用，但是在五轴联动加工中，只有环形刀具比较适用。数控机床尽管非常精密，但依然会存在很多影响因素，所以对其误差进行控制分析，是将加工效率进行提升的关键性环节。

二、复杂曲面数控加工误差分析

复杂曲面数控加工产生误差的主要因素便是加工刀具的几何误差、加工曲面以及加工刀具之间产生的几何运动误差、工艺系统产生的制造误差等，一般情况下复杂曲面数控加工误差包括：刀轴摆动产生的误差，直线逼近产生的误差。在具体加工的过程当中，出现误差最多的部分便是插补断的中心四周，是因为最大转动误差以及最大直线逼近误差共同构成的。转动的误差便是法向矢量转动时产生的误差，具体来说便是法向矢量在转动过程中产生的误差，对传动误差大小产生的影响因素是刀具的半径加工补偿，经过的曲面弧长、加工曲面的法曲率。直线逼近误差会受到数控加工复杂曲面形状的一些影响，但是加工刀具并不会产生很大的影响。总之，刀具半径、走刀线路、步长、被加工曲面几何的具体形状的都会对加工产生相应的误差。复杂曲面数控加工当中，插补弦长会对直线逼近误差产生直接的影响，如果需要将直线逼近误差进行降低，便需要对刀具的进给速度和插补周期进行合理控制[2]。

三、复杂曲面数控加工误差控制

（一）刀轴转动误差补偿。在复杂曲面数控具体加工当中，加工表面如果沿着走刀方向为凸曲线，那么切触点的运行轨迹便属于凹曲线。在这样的情况下，产生的加工误差会比较大，刀轴转动误差以及直线逼近误差之间的和也会比较大。如果用刀具切触点篇置法可在某种程度上，对刀轴转动误差进行补偿，使得总误差有所降低。沿着加工表面外法向矢量方向，将刀具切触点A进行移动，移动到A’，成为全新的切触点，可以使复杂曲面数控加工误差的分布有所改变，使得加工误差得到补偿[3]。如果复杂曲面数控加工当中的表面沿着走刀方向，为凹曲线，直线逼近差δ1超过刀轴转动误差δn，便不会有任何超差产生。所以，不需要实施加工误差补偿，刀轴转动误差补偿要结合具体的情况，采用合理的方式实施控制。（二）直线逼近误差控制。在复杂曲面的数控加工当中，会发生直线向曲面逼近的情况，针对这种情况的产生，会出现直线逼近误差δ1，具体来说便是插补运行会导致直线逼近误差δ1，一般情况下，只能将直线逼近误差进行降低，或者对其进行有效控制，并不能对其完全消除。控制直线逼近误差的有效方式包括控制插补弦长、插补周期控制和控制刀具的进给速度。其一，插补弦长控制。在数控加工的过程中，如果加工曲面没有任何的变化，插补断内进给方向的法曲率属于定值，这时对直线逼近误差因素产生影响的为插补弦长，并且直线逼近误差以及插补弦长的平方为正比，所以对插补弦长进行减少，能够在某种程度上使数控加工当中的直线逼近误差有所降低。如果ε≥δ1，那么。因此在复杂曲面的数控加工当中，插补弦长需要被严格控制，使其相应的范围当中，才能对加工的精度给予保障。所以合理将插补弦长进行缩短，是使直线逼近误差降低的有效措施，可以使数控加工的精准程度有所提升。但需要注意的是不可以对其进行无限缩短。在加工当中，数控系数的插补弦长周期与刀具的进给速度，对插补弦长大小起到了决定性作用[4]。其次，插补周期与进给速度，在曲面数控具体加工当中，数控系统进给速度与插补周期会对插补弦长会造成直接影响，通常情况下，数控技术可对插补周期进行设定，工作人员对进给速度进行确定。在进给速度没有任何变化的情况下，进行插补的周期越小，便会有越小的插补弦长。所以，直线逼近误差也就越小。与其相类似，在插补没有任何变化的情况下，比较小的进给速度，会产生比较小的插补弦长，所以直线逼近误差也就越小。对于较小的插补周期数控系统进行应用，在数控加工过程中，要使刀具的进给速度尽量降低，可以使复杂曲面数控加工的误差得到降低。

四、结束语

总之，在复杂曲面数控加工当中，难免会产生一些误差，其重要应用合理的方式以及措施，对这些误差进行控制，以便使误差更小，保障数控加工的质量。

参考文献

[1]蔡耀安.复杂曲面多轴数控加工非线性误差理论分析及控制[J].山东工业技术,2019(03):40.

[2]王晓宏.基于复杂曲面的数控加工刀具轨迹设计[J].自动化与仪器仪表,2018(10):131-134+138.

[3]潘煌璋,吴嘉炎.关于数控加工的复杂曲面误差研究[J].科技经济导刊,2017(13):81.

[4]兰松云.复杂曲面数控加工误差研究[J].中国高新技术企业,2013(13):27-28.）

作者:肖允鑫 单位:聊城职业技术学院工程学院