第6期 2016年6月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2016)06011103
DOI;10. 13462/j. cnki. mmtamt.2016.06.029
No.6 Jun.2016
面向薄壁平坦曲面三维法向补偿方法的研究
王庭俊，赵东宏，王武林
（扬州工业职业技术学院，机械工程学院江苏扬州225127）
摘要：在分析壁平坦曲面加工变形特点的基础上，提出基于曲面三维法向补偿的曲面重构法，首先以逆向工程将加工变形后的曲面导入计算机辅助设计软件，再以原始自由曲面为基准获得变形点在曲面法向上的反向补偿点，然后由反向补偿点插值生成相应的NURBS曲线，由NURBS曲线构建变形补偿网格曲面，并以变形补偿网格曲面代替原始曲面进行数控自动编程加工，从而实现误差补偿和数控编程一体化，进一步提高了误差补偿精度，可以有效解决薄壁平坦曲面的加工变形问题。通
过实践验证了方案的有效性，此法在生产中具有很强的实用性。关键词：平坦曲面；变形补偿；逆向工程；数控加工
中图分类号：TH164；TG506
文献标识码：A
Study on 3D Normal Compensating Method Aimed on Thin-walled Flat Surface
WANG Ting-jun, ZHAO Dong-hong, WANG Wu-lin
(College of Mechanical Engineering, Yangzhou Polytechnic Institute, Yangzhou Jiangsu 225127,China) Abstract:Based on analyzing deformation characteristics of thin-walled flat surfacemachining，3D normal compensation based surface-reconstructing method is proposed. Firstly, the surface after machining deforma-tion is imported to computer-aided design software by using reverse engineering. Secondly, the inverse com pensation points of deformation points on the normal direction of the surface are obtained with the original ee duced. The NURBS curves are used to construct deformation compensation mesh surface, by which the o-riginal surface is substituted for CNC CAM. Therefore, error compensation and CNC program are integrated together, error compensation accuracy is improved further and the issue about machining deformation of thin-walled planar surface is resolved. The method has been verified available by practice and has proved very practical in production
Key words: flat surface; deformation compensation; reverse engineering; CNC machining
0引言
由于工业设计界对产品外观设计越来越重视，曲面零件的数量和种类明显增加，其中相当部分是薄壁平坦曲面零件。与形状规则的传统平面零件相比，薄壁平坦曲面零件外形美观重量轻，但加工刚性差，装夹困难，变形具有非线性不规则的特点，且变形难以控制，导致加工效率低、不良品率较高。
薄壁件变形间题是机械加工制造中研究的难题，目前常用的解决方案是高速加工法和误差预测补偿法，如李康"]，RamaswamiH(]和朱静怡[3采用工艺方案优化法；Lee等[4]采用刀具轨迹实验数据修正法控制薄壁零件的变形；而周静[3]、王军[6]、Ratch[74]、陈蔚芳[9]、万敏[10]、张壮志(]等也针对零件变形预测和补偿提出了各自的解决方案。
虽然基于有限元分析的误差补偿法已经比较成熟，变形预测准确度越来越高，但如何将变形数据应用到数控加工编程中仍然是生产实践中的一个难题，这是因为薄壁曲面变形的非线性导致变形后的补偿曲面极不规则，相应的NC程序只能是NURBS曲线而不是常用的直线和圆弧，通常镜向调整NC程序中补偿点的方法无法适应自由曲面的数控编程。
本文在分析薄壁平坦曲面加工变形特点的基础上，提出了基于曲面三维法向补偿的曲面重构法，与传统误差补偿法相比，曲面三维法向补偿不但考虑了薄壁平坦曲面变形点的数值，还考虑了变形方向，进一步提高了误差补偿的精度，特别适合平坦曲面5轴加工的趋势。在此基础上将误差补偿和数控曲面编程有效结合，以变形补偿网格曲面代替原始曲面进行数控编
收稿日期：2015-07-12
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