薄壁零件數控加工變形誤差控制補償技術

張 慶

(商丘職業技術學院，河南 商丘 476000)

1 薄壁零件數控加工誤差分析

用于飛機發動機大型、小型葉片轉子、徑向輪、葉片和其它零件的高性能發動機通常是基于鈦合金，通過其元素的特性構建完善的薄壁結構。但由此帶來的誤差問題，是切削力在加工流程中不可避免的，同時其還包含的殘余張力，兩者相結合會導致零件潛在的變形和加工誤差。由此，技術人員需針對性分析薄壁零件加工過程，并有效地根據其切削力完成建模工作，同時還需依據表面殘余應力在工件上的分布進行科學規范地建模，根據數據分析與邏輯概念，進一步針對薄壁零件加工變形誤差采取相應的誤差補償計劃?；谒鶆摻ㄇ邢髁︻A測模型以及針對殘余應力計算的精確化模型，技術人員進行針對性的技術優化，諸如切削過程的機械模擬、切削參數的優化、刀具位置軌跡的補償以及薄壁葉輪零件的精密CNC加工。

實際上，由于數控機床的切割，在加工過程中不可避免地會發生某些誤差，這些誤差直接影響加工質量?，F階段，存在大量的研究內容來分析錯誤的根源，正確地糾正錯誤，并提高處理質量和準確性。例如，新技術、新材料和新施工方法在實際施工過程中的靈活應用促進了當前CNC加工，以實現高水平的精度和剛性控制。同時，由于機床當前的熱變形，切削力的變形等因素，直接導致加工誤差，僅通過改善機床結構的當前設計無法避免其誤差，從而進入現階段。CNC機床的加工精度受到影響。例如，當前更常見的誤差補償方法主要包括刀具位置路徑的預校正方法和在線實時控制方法，誤差補償技術提高了零件加工的準確性。例如，在常規構造中，如果加工部件本身具有良好的剛性，則其在力作用下的變形很小或沒有變形，這是剛性部件并且不受變形的影響。在加工薄壁零件時，表面加工容易變形，而且由于使用特殊的工具也容易變形，這最終會影響零件的精度。為確保足夠的精度，技術人員應進行適當的計算以實現預補償并消除影響。

多年來，技術人員已經進行了大量研究，以識別并有效消除所有這些錯誤源。一方面，隨著當前薄壁零件設計方法的更新換代，技術領域的改進以及嶄新的材料技術應用，再搭配目前先進化的數控零件加工設備。在當前一定的薄壁技術手段下，可以完成較為準確的材料剛度以及方位點的運動與控制，從另一角度分析，僅僅通過這種方法，針對熱變形以及機床切削力變形而導致的一系列加工誤差而言。不能做到完全地避免，只能做到一定的控制與誤差分析。在今后的探索與改進中，針對機床結構設計這一領域要更為充分創新，避免原有技術對于薄壁數控機床所涵蓋精度和質量的限制。尤其是在針對復雜薄壁零件的處理流程中，這些問題尤為重要。刀具位置路徑的實時在線控制方法和預校正方法是2種常用的誤差補償實現方案。借助誤差分析與補償手段，可以適當提升加工高精度零件的準確度。

2 切削力建模與工件切削表面殘余應力分析

切削力建模受切削力影響，同時影響到加工的當前變形控制、工藝參數的優化、工具和機床的振動控制等。經過不斷地創新和研究，逐步闡明了切削力模型的建立，并靈活地利用了應變率、應變切削速度和進給速度之間的函數關系。使用當前指定的刀具幾何參數，技術人員可以清楚了解相關條件，進一步確認單元的未知切削系數，并獲得有關模型切削力的最終信息。為了優化工藝參數，加工變形的控制，設備設計，刀具磨損的監視以及機床系統的結構等方面非常重要。近年來，國內外科學家非常重視創建精確的模型來預測切削力。現有的切削力建模方法主要包括：(1)完整的經驗模型；(2)基于實驗的機械模型；(3)基于切削機理的物理模型；(4)基于人工智能的神經網絡模型。根據工具鋼的鋸齒形斷面輪廓，然后通過模型分析斜邊的剪切力、銑刀的幾何形狀，進而會受到軸向切削差異的影響。微細分銑削力是切削元件面積和單位切削力的乘積，提出了一種簡單有效的確定單位切削力模型系數的方法，使用球形端頭工具對自由形狀的表面進行多軸銑削，工具與工件之間的接觸面積以及未變形切屑的幾何形狀會進一步變化。技術人員使用Z-Map方法確定刀具與工件之間的接觸面積，將接觸面積與切削段在刀具平面中的相對投影位置進行比較，然后確定切削過程中是否包含微量元素段。

3 工件切削表面殘余應力

實際上，殘余應力的存在直接影響其性能和疲勞強度，甚至會引起變形，這會產生更嚴重地影響并降低零件本身的性能和精度。因此，技術人員著重于如何進行有效地預測控制以及如何促進對工件表面上的殘余應力的合理預測控制，從而從根本上改善工件的性能并確保加工精度。例如，當前由變形較大的熱彈性塑料制成工藝，可以有效地模擬當前不同的切削速度，了解切削深度條件下表面上殘余應力的實際分布，并闡明沿工件表面深度方向的內應力的變化。工件加工表面上殘余應力的存在，會顯著影響其疲勞強度和性能。由殘余應力引起的變形也顯著降低了工件的加工精度，尤其是航空航天工業中常用的薄壁結構。準確預測和控制工件表面的殘余應力和變形，提高加工表面的完整性，提高CNC加工精度一直是精密和超精密切削領域的重要研究課題。技術人員利用熱彈塑性變形的有限元方法，模擬了在不同切削速度和切削深度下NiP合金高精度切削表面殘余應力的分布情況，確定沿工件表面深度的殘余壓應力。最大殘余壓縮應力的位置，隨著切削深度的增加而增加。技術人員研究了材料的抗拉強度，使用盲孔法測量殘余應力，對于選定的切削參數范圍，使得工件表面的殘余應力基本上處于壓縮應力下。

4 現階段數控加工變形誤差的控制補償方案分析

通過采取靈活有效的錯誤控制措施，從根本上提高了當前零件的精度并可以滿足當前的要求。例如，在此階段中，主要從兩個角度執行用于薄壁零件的高效和精密CNC加工的關鍵技術：一方面，靈活地使用當前切削過程的物理模擬和補償變形誤差的技術。主要內容包括建模和切削當前切削力機理，切削參數等。另一方面，它是當前的五軸編程和抗干擾技術。主要內容包括通道處理，通道分析，確定對接域，平滑工具軸矢量以及檢查工具位置路徑的生成。如果要更改當前的CNC加工技術并提高其精度和效率，則應進行適當地創新和進一步優化。特別是可以從以下角度進行操作：首先進行深入分析，更好地了解材料，切削機構利用其自身的功能來實現切削參數，切削力的大小，殘余應力在工件上的分布。工件表面及其它相關內容，并通過了解其定量關系來提高其精度。其次，在加工過程中將當前的殘余應力，切削力等信息輸入到已建立的模型中，以便在當前階段的基礎上從根本上模擬切削過程的動力學和特性，分析在諸如刀具路徑和各種切削參數等相關條件下結構的變形規律，以確保提高零件的精度并符合現行標準。最后，靈活地使用當前體積單位表示零件，然后闡明其自身的實際變形輪廓。工具區域的布爾運算可充分描述材料的實際去除過程并控制整個過程。在加工過程中，有必要在運算分析的基礎上，基于所包含的零件誤差實際，完善評估當前變形，基于其所引起的潛在數控加工誤差充分計算，進而得出較為精準的刀具位置誤差補償量，并不斷優化最終實現數控加工刀具位置的原始軌跡，以保證加工精度，滿足當前需求。技術人員深入研究材料的高速切削機理，確定切削參數與切削力之間的定量關系，工件加工面上的殘余應力分布等，這就是材料去除過程的正確描述方式。研究發現，生產工人在加工過程中，很難為零件組的形狀確保仿真計劃的刀具位置路徑，以確保加工精度，這會導致薄壁零件的誤差。在這一點上，技術人員有必要靈活運用當前的誤差補償原理，以闡明零件變形的規律，使用補償技術優化切削參數，校正原始軌跡并提高零件的精度。

5 結語

綜上所述，目前薄壁零件的CNC加工不可避免地會導致某些誤差，進而影響零件的精度和質量。廣大技術人員應重視生產細節，提升專業生產的精度，進而滿足當前對高精度零件的需求。技術人員有必要積極實施技術創新，靈活地使用補償技術來控制CNC加工中的變形誤差，以切實提高行業發展的質量。