考虑加工过程的复杂薄壁件加工综合误差补偿方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaNov．252014V01．35No．113174—3181ISSN1000．6893ON11．1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．educn考虑加工过程的复杂薄壁件加工综合误差补偿方法杨建华，张定华*，吴宝海西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室，陕西西安710072摘要：在统计分析的理论基础上，首先将数控加工过程视作以参考模型为自变量，以加工结果为因变量的过程函数；

2、然后将整个误差补偿过程分为3个典型的加工状态，分别构造各个状态的过程函数，并以材料去除量系数为桥梁，建立复杂薄壁件加工综合误差补偿数学模型；对数学模型进行泰勒展开，计算复杂薄壁件加工过程中的误差补偿量，重新构造误差补偿几何模型并生成薪的加工程序，以减小复杂薄壁件的加工误差，提高加工质量。通过一组叶片加工对比试验，按照名义去除量进行加工的最大加工误差是0．094mm，而按照误差补偿量进行加工的最大加工误差是0．031mm，仅是前者的32．9％，说明了本文方法在提高加工精度方面的有效性。关键词：误差补

3、偿；加工过程；泰勒展开；加工误差；薄壁件中图分类号：V261．2+3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)11—3174—08复杂薄壁件广泛应用于航空、航天、航海等领域，如叶片、叶轮、叶盘等典型零件，通常采用铸造或锻造毛坯，然后通过机加工艺成形u]。复杂薄壁件具有壁薄、尺寸参数多、形状结构复杂等特点，在铣削过程中，弹塑性变形比较严重，导致加工精度难以保证【2J。目前，主要采用2种途径提高薄壁件的加工精度：①误差抑制，主要分析误差产生原因，优化设计工艺路线和机加工序，误差抑制效果依赖

4、于加工所用机床的精度和工人对误差产生机理的认知程度；②误差消除，包括光整加工和误差补偿，其中，薄壁件的光整加工主要由人工抛光完成，劳动强度大，表面质量与位置精度难以保证，而采用精密抛光仪器，则成本太高。为充分利用数控机床的加工能力，人为设计一种误差附加在原始加工模型上，用来抵消加工过程中产生的误差，即加工误差补偿[3]。误差补偿方法灵活性强、成本低，且可以实现用低精度的机床加工出高精度的零件。误差补偿方法可以分为直接测量补偿法、间接测量补偿法和计算补偿法[4]。直接测量补偿法早已用于尺寸参数较少且

5、容易测量的规则几何形状零件的加工中，比如圆柱形零件的车削加工、齿轮和螺杆转子的加工，利用测量手段获得尺寸误差，根据测得的误差，多次调整加工尺寸、刀具与零件的相对安装位置以加工试验件，逐渐逼近加工要求，获得理想的补偿值，其核心思想是迭代逼近。但其并没有在尺寸参数较多的自由曲面类薄壁件的小批量铣削加工中得到应用。近20年来，国内外学者对自由曲面类薄壁件的加工误差补偿进行了深入的研究，并取得了丰硕的成果。Ratchev等[5‘8]、万敏和张卫红[””]、胡收稿日期：2013—11—27；退修日期：201

6、3—12—17：录用日期：2014—03—14；网络出版时间：2014-03—2012：54网络出版地址：wwwcnki．net／kcms／detail／10．7527／S1000—6893．2014．0019htmI基金项目：国家“973”计划(2013C835802)*通讯作者Tel．：029—88493232E—mail：dhzhang@nwpu，deucn引用格武IYangJH，ZhangDH。WuBH。Acomprehensiveerrorcompensationapproachcons

7、ideringmachiningprocessforcomplexthin．wallpartsmachining(J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2014．35(I

8、)：3174-3181．杨建华。张定华．吴宝海．考虑如I过程的复杂薄壁侔加I综合误差补偿方法!J]．航空学报．2014．35(¨)：3174．3181÷杨建华等：考虑加工过程的复杂薄壁件加工综合误差补偿方法创国[11

9、、张智海等[121通过建立切削力模型，利用弹性力学和有限元计算分析法预测

10、薄壁件加工过程中的弹性变形量，并补偿其受力变形误差。Chen等口朝利用三坐标测量检测加工结果，根据计算的加工误差改变名义切削厚度，通过切削力建模并利用有限元方法预测变形量，补偿薄壁件加工误差。上述补偿方法属于间接测量补偿方法，即通过测量和预测切削力，并根据力与变形的关系，计算得到加工时的弹性变形误差。此类方法单项地补偿了弹性变形误差，但并不适用于测量值与误差值之间关系复杂时的情况。在复杂薄壁件的实际加工过程中，切削热及残余应力引起的变形也是薄壁件加工精度难以控制的主要因素，尤其是在