大型圆筒内零件的精密加工控制方法技术

本发明专利技术公开了一种大型圆筒内零件的精密加工控制方法，并考虑车轴的较大的转动惯量造成的角度误差、位移误差及时间差，在加工参数及加工路径分别进行补偿，以提高加工精度。

Control method of precision machining for large cylinder parts

【技术实现步骤摘要】
大型圆筒内零件的精密加工控制方法
：本专利技术涉及一种大型圆筒内零件的精密加工控制方法，属于机械加工领域。技术背景：大型圆筒类零件(长度超过10米，直径5米以上)作为航空航天，采矿，火箭导弹及油气输送行业的关键零部件，其加工精度要求高。大型圆筒类零件由于其自身的庞大重量及惯量，造成了加工中难以准确停止并改变了机床原有的配重比，造成了加工误差。同时加工中的振动，刀具的磨损等均增加了加工误差。具体如扭转响应会造成大型圆筒类零件在x方向出现多切或者少切等问题，且刀具轴面未与大型圆筒类零件的径向保持一致，并在加工中x方向的误差扩展到整个零件的加工面，造成了尺寸及形状加工误差。
技术实现思路
：为达到上述目标，本专利技术公开了一种大型圆筒内零件的精密加工控制方法，并考虑车轴的较大的转动惯量造成的角度误差、位移误差及时间差，在加工参数及加工路径分别进行补偿，以提高加工精度。为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：一种大型圆筒内零件的精密加工控制方法，包括如下步骤：步骤一、建立大型圆筒类零件响应模型：其中x-y-z是工件旋转一个角度后理想的位置，其中y为工件的轴向，z向是工件中通过工件轴线的径向，理想z向为竖直方向，x为与y及z向垂直的方向；x′表示圆筒类零件在扭转响应后的工件的轴向，y′表示工件中通过工件轴线的径向z′为与y′及x′向垂直的方向；圆筒类零件在以角速度旋转受到阻力矩后的角度响应的动力方程为：其中J0，ct，kt，θ，T分别为圆筒类零件的转动惯量，角加速度，扭转阻尼系数，扭转角速度，扭转刚度，扭转角度，受到的扭矩；在圆筒类零件的旋转运动中，轴的旋转阻尼系数设定为比例扭转阻尼；ct＝αJ0+βkt(4)其中，mi表示圆筒类零件单位面积的质量，ri表示圆筒类零件上的单位面积的质心到圆筒类零件轴线的距离，比例扭转阻尼系数为：为：α＝100β＝10-7依据杆的扭转理论,圆筒类零件受到的扭矩为：其中Mt，G，I0，l分别为圆筒类零件的扭矩，剪切模量，极惯性距，车轴长度；圆筒类零件截面的极惯性距为：d表示圆筒类零件的直径；圆筒类零件的扭转刚度为：以车轴在初始条件：t＝0，θ＝θ0，进行求解，获得圆筒类零件的响应即误差为θw(t)；步骤二、加工参数及加工路径误差补偿模型此机床在承受圆筒类零件造成的刀具及工件的相对位移及角度误差，通过加工参数的修正进行有效补偿；补偿综合误差后的加工参数：切削深度，进给速度，卡盘的转动角度，机床主轴在x-z平面内偏转运动的角度分别为：ap,fz分别为的切削深度，进给速度。在未装载了大型圆筒类零件下机床依据加工工件需要设定的输入角度卡盘的转动角度，机床主轴在x-z平面内偏转运动的角度分别为θd,θt；apc表示切削深度，ξz表示z方向的综合误差；fzc表示进给量；θdc表示补偿由角度运动造成的角度误差后圆筒类零件的运动角度，θd表示设定的圆筒类零件的运动角度，ζxzd表示角度运动造成的角度误差，通过测试到圆筒类零件某点的角度位置与理想角度位置之间的角度差获得；θtc表示补偿由于时间延迟误差造成的角度误差后的刀具运动角度，θt表示设定的刀具的运动角度,ζxz表示传递过程中运动时间延迟误差造成的角度误差，可以通过测试到某点的实际时刻与理想时刻之间的时间差获得；步骤三、在机床的加工路径规划中，原刀具加工路径设定为s(xt,yt,zt,θt,θw)，其中，xt表示随时间变化的x方向运动路径，yt表示随时间变化y方向运动路径，zt表示随时间变化z方向运动路径，θw表示随时间变化圆筒类零件旋转角度，t表示时间；在圆筒类零件的角度响应的动力方程中求解在初始条件：t＝0，情况下，大型圆通类零件扭转响应为θ′(t)，而刀具路径上需要补偿x方向位移，z方向位移及x-z平面中的角度误差，依据几何关系，x方向补偿的位移误差Δx，z方向补偿的位移误差Δz及角度误差θ′(t)分别为：Δx＝sin(θw(t))rc(9)Δz＝Δxsin(θw(t))(10)θ′(t)＝θw(t)(11)rc表示刀尖点离圆筒类零件的轴心间的距离；因此，刀具与工件相对运动对刀具进行路径补偿后的路径s′(xt,yt,zt,θt,θw)为：s′(xt,yt,zt,θt,θw)＝s(xt+Δx,yt,zt+Δz,θt+θ′(t),θw)(12)以对刀具进行路径补偿后的路径加工圆筒类零件。本专利技术的优点：本专利技术以切削过程中动力学模型为基础，考虑车轴的较大的转动惯量造成的角度误差、位移误差及时间差，在加工参数及加工路径分别进行补偿，以提高加工精度。附图说明：图1为卡盘停止旋转后大型圆筒类零件中心扭转角度响应示意图；图2为加工过程中由于圆筒类的转动响应造成的位置及角度误差示意图。具体实施方式：为了更具体地阐述本专利技术，本专利技术通过以下具体实施例进行说明：建立大型圆筒类零件扭转响应的角度误差模型在大型圆筒类零件的加工中，由于转盘控制圆筒类零件快速旋转，由于圆筒类零件直径超过5米，长度超过10米，其转动惯量大，难以及时准确定位，难以满足加工中快速准确定位，高效精密加工的要求。建立大型圆筒类零件响应模型示意图，如图1所示。其中x-y-z是工件旋转一个角度后理想的位置，其中y为工件(圆筒类零件)的轴向，z向是工件中通过工件轴线的径向，理想z向为竖直方向，x为与y及z向垂直的方向。x′，y′，z′为圆筒类在扭转响应后的工件(车轴)的轴向，工件中通过工件轴线的径向，与y′及z′向垂直的方向。圆筒类零件在以角速度旋转受到阻力矩后的角度响应的动力方程为：其中J0，ct，kt，θ，T分别为圆筒类零件的转动惯量，角加速度，扭转阻尼系数，扭转角速度，扭转刚度，扭转角度，受到的扭矩。在圆筒类的旋转运动中，轴的旋转阻尼系数设定为比例扭转阻尼。ct＝αJ0+βkt(4)依据Rao等人[16]的研究，比例扭转阻尼系数为：α＝100β＝10-7依据杆的扭转理论,扭矩为：其中Mt，G，I0，l分别为扭矩，剪切模量，极惯性距，车轴长度。圆筒类零件截面的极惯性距为：车轴的扭转刚度为：以大型圆筒类零件在初始条件：t＝0，θ＝θ0，进行求解，获得圆筒类零件的响应为θw(t)，即圆筒类零件的角度误差。加工参数及加工路径误差补偿模型此机床在承受大型圆筒类零件造成的刀具及工件的相对位移及角度误差，可以通过加工参数的修正对其有效补偿。补偿综合误差后的加工参数：切削深度，进给速度，卡盘的转动角度，机床主轴在x-z平面内偏转运动的角度分别为：ap,fz分别为切削深度，进给速度(ap,fz也可分别为优化后的切削深度，进给速度：即先通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大型圆筒内零件的精密加工控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、建立圆筒类零件响应模型：其中x-y-z是工件旋转一个角度后理想的位置，其中y为工件的轴向，z向是工件中通过工件轴线的径向，理想z向为竖直方向，x为与y及z向垂直的方向；x'表示圆筒类零件在扭转响应后的工件的轴向，y′表示工件中通过工件轴线的径向；z'为与y′及x'向垂直的方向；/n圆筒类零件在以角速度

【技术特征摘要】
1.一种大型圆筒内零件的精密加工控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、建立圆筒类零件响应模型：其中x-y-z是工件旋转一个角度后理想的位置，其中y为工件的轴向，z向是工件中通过工件轴线的径向，理想z向为竖直方向，x为与y及z向垂直的方向；x'表示圆筒类零件在扭转响应后的工件的轴向，y′表示工件中通过工件轴线的径向；z'为与y′及x'向垂直的方向；
圆筒类零件在以角速度旋转受到阻力矩后的角度响应的动力方程为：



其中J0，，ct，kt，θ，T分别为圆筒类零件的转动惯量，角加速度，扭转阻尼系数，扭转角速度，扭转刚度，扭转角度，受到的扭矩；在圆筒类零件的旋转运动中，轴的旋转阻尼系数设定为比例扭转阻尼；



ct＝αJ0+βkt(4)
其中，mi表示圆筒类零件单位面积的质量，ri表示圆筒类零件上的单位面积的质心到圆筒类零件轴线的距离，比例扭转阻尼系数为：为：
α＝100
β＝10-7
依据杆的扭转理论,圆筒类零件受到的扭矩为：



其中Mt，G，I0，l分别为圆筒类零件的扭矩，剪切模量，极惯性距，车轴长度；
圆筒类零件截面的极惯性距为：



d表示圆筒类零件的直径；
圆筒类零件的扭转刚度为：



以车轴在初始条件：t＝0，θ＝θ0，进行求解，获得圆筒类零件的响应即误差为θw(t)；
步骤二、加工参数及加工路径误差补偿模型
此机床在承受圆筒类零件造成的刀具及工件的相对位移及角度误差，通过加工参数的修正进行有效补偿；补偿综合误差后的加工参数：切削深度，进给速度，卡盘的转动角度，机床主轴在x-z平面内偏转运动的角度分别为：



ap,fz分别...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蓉，陈雪林，任芝兰，唐田秋，
申请(专利权)人：湖南工学院，
类型：发明
国别省市：湖南;43