航空薄壁件的刀具偏摆数控补偿加工技术
0 引言
图1 立铣刀切削负载单元分布示意图 |
1 刀具偏摆数控补偿方案
- 切削力的计算
- 在实施刀具偏摆数控补偿加工之前，首先要知道零件的加工变形量，即利用有限元技术对工件进行加工变形分析；而精确的变形分析又依赖于准确的载荷模型(切削力、装夹力、定位约束等)，其中关键是切削力的计算。不同的刀具及加工方法，有不同的切削力计算方法。在航空薄壁零件的加工中，以螺旋立铣刀加工居多。而对于螺旋立铣刀的受力模型，以沿着刀具螺旋线作空间状态分布的铣削力模型为最佳(如图1)。
- 在加工薄壁零件过程中，通过理论分析及实验检验，薄壁零件的加工变形主要由径向切削力引起。本文采用前述文献中的切削力模型来模拟计算铣削力大小及分布状况。由此，可得到如图2所示的瞬时径向切削力空间分布图。
图2 瞬时径向切削力空间分布图
图3 刀具和工件的有限元模型
图4 工件沿刀具轴线方向各节点变形
(a)刀具不倾斜时
图6 试件沿刀具轴线方向加工误差曲线
(b)刀具倾斜时
图5 刀具铣削示意图 - 加工变形模拟分析
- 本文选择如图3所示的薄壁结构作为研究试件。工件材料为7075-T6，杨氏模量E=77Gpa,泊松比g=0.33；刀具型号为F1832E.W.16.Z3.26.45.W
- 对于加工变形的精确计算，需要综合考虑工件和刀具在切削过程中的加工变形大小。在建模过程中，可以将工件简化为一个底端带有固定约束的直侧壁来进行分析；而将刀具简化为一个悬臂梁。加载人切削力、约束以及输人材料特性参数，并根据加工精度要求划分单元网格(如图3)。
- 在 ANSYS中对其模拟分析加工变形情况，理论计算结果与实际加工测量结果如图4所示。显然，理论分析计算结果与实验结果基本吻合。
- 刀具偏摆数控补偿
- 通过加工变形模拟分析，得到的工件在加工过程中的变形分布状况和趋势。由于加工变形产生让刀误差，其结果必然产生一定的尺寸误差(如图5(a))。为了有效补偿这种因上件刚性不足而产生的加工变形，可以让刀具偏摆一定的角度(如图5(b))。刀具偏摆数控补偿，即是根据模拟分析加工变形的大小，在数控编程时让刀具在原有走刀轨迹中按变形程度附加连续偏摆，补偿因变形而产生的让刀量。通过刀具偏摆数控补偿，可以将让刀残余材料基本切除，一次走刀即可保证薄壁件壁厚精度。
2 加工实例与结果
3 结论
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