鄒左明（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣元　628017）

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飛機(jī)結(jié)構(gòu)件多軸聯(lián)動(dòng)加工過(guò)程中的精度預(yù)測(cè)與評(píng)估技術(shù)研究

鄒左明
（四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川廣元628017）

摘要：從機(jī)結(jié)構(gòu)件多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中的質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)入手，討論了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中存在的幾何誤差主要誤差進(jìn)行分析及綜合研究。文章著重闡述多軸聯(lián)動(dòng)加工過(guò)程中的精度預(yù)測(cè)與評(píng)估技術(shù)，為以后進(jìn)一步的研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量控制；幾何誤差；精度預(yù)測(cè)與評(píng)估

針對(duì)結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)件在國(guó)產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控加工技術(shù)，展開(kāi)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中的質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究。通過(guò)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中存在的幾何誤差主要誤差進(jìn)行分析及綜合研究，并結(jié)合相關(guān)研究成果，得到零件加工精度評(píng)估與預(yù)測(cè)的有效方法，開(kāi)展在示范工程中的應(yīng)用。

（1）通過(guò)對(duì)誤差綜合與精度評(píng)估的研究，為工藝設(shè)計(jì)和工藝資源優(yōu)化提供依據(jù)，保證加工出滿足加工精度要求的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。

（2）通過(guò)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床精度原因的分析，對(duì)機(jī)床熱誤差進(jìn)行補(bǔ)償，消除原點(diǎn)漂移，從而提高機(jī)床的加工效率和精度。

（3）通過(guò)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工過(guò)程中零件表面波紋產(chǎn)生機(jī)理的研究，提出初步的解決方案，提高飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工表面質(zhì)量，減少飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中的打磨工作量。

1　飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工中精度預(yù)測(cè)與評(píng)估技術(shù)

零件加工精度受數(shù)控加工工藝過(guò)程中眾多因素的影響，如切削參數(shù)的選擇、工藝系統(tǒng)的精度、加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削力、切削熱及振動(dòng)等等。數(shù)控加工過(guò)程中影響精度的各種誤差因素客觀存在，不可能完全消除。在工藝規(guī)劃時(shí)，存在兩個(gè)問(wèn)題：①所選定的工藝系統(tǒng)、切削參數(shù)等加工條件，是否能保證零件精度達(dá)到要求；②哪些誤差因素是該工藝方案中影響零件精度的主要因素，當(dāng)零件精度不滿足要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)如何實(shí)施優(yōu)化。解決上述問(wèn)題，需要分析工藝過(guò)程中影響零件精度的各種誤差因素，獲得各單項(xiàng)誤差對(duì)零件精度的影響機(jī)理，以及多項(xiàng)誤差共同作用下對(duì)零件精度的影響機(jī)理。從而，一方面可在零件加工前預(yù)測(cè)當(dāng)前加工工藝方案可獲得的零件加工精度；另一方面可分析各項(xiàng)誤差因素對(duì)零件精度的影響比重，從而有針對(duì)性地對(duì)工藝方案進(jìn)行優(yōu)化。

如圖1所示，文章致力于上述問(wèn)題的研究，獲得一套數(shù)控加工零件精度預(yù)測(cè)及評(píng)估方法及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。以典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件為研究對(duì)象，從正反兩個(gè)方向開(kāi)展研究，一方面分析其數(shù)控加工工藝過(guò)程中存在的誤差因素，建立誤差綜合模型，預(yù)測(cè)零件關(guān)鍵特征的尺寸精度；同時(shí)分析各種誤差因素對(duì)零件精度的影響權(quán)重，指導(dǎo)工藝規(guī)劃與優(yōu)化。綜合誤差模型建立；基于特征的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件精度預(yù)測(cè)與評(píng)估方法建立；飛機(jī)結(jié)構(gòu)件精度預(yù)測(cè)與評(píng)估軟件開(kāi)發(fā)；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及修正。

圖1　精度預(yù)測(cè)與評(píng)估模塊技術(shù)路線

圖2　飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工工藝過(guò)程中的誤差因素分布

（1）飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工工藝過(guò)程及誤差因素分析。通過(guò)對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工有關(guān)的所有相關(guān)過(guò)程進(jìn)行分析，查找影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工精度的各種因素。然后根據(jù)誤差產(chǎn)生的先后順序，將這些誤差分為切削加工前產(chǎn)生的靜態(tài)誤差、切削加工過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)誤差和切削加工后產(chǎn)生的誤差三類，各類誤差簡(jiǎn)述如下，它們?cè)诠に囘^(guò)程中的分布如圖2所示。

（2）單項(xiàng)誤差機(jī)理分析及建模。子課題在定性分析影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)加工的各種誤差因素的前提下，針對(duì)各單項(xiàng)誤差因素，深入研究了各單項(xiàng)誤差因素的產(chǎn)生和影響機(jī)理，建立了各主要單項(xiàng)誤差單元的數(shù)學(xué)模型。包括CAM過(guò)程的編程誤差；工藝系統(tǒng)中機(jī)床、刀具和夾具的幾何誤差；以及加工過(guò)程中的機(jī)床熱變形誤差、工件和刀具的受力/受熱變形的誤差及伺服跟隨誤差。

（3）誤差綜合模型建立。分析各單項(xiàng)誤差單元的機(jī)理并建立誤差模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用多體系統(tǒng)及坐標(biāo)齊次變換理論，將機(jī)床幾何誤差/熱誤差、夾具安裝/調(diào)整誤差、定位誤差、刀具安裝誤差/尺寸誤差、工件——刀具受力/熱變形引入到工藝系統(tǒng)的理想運(yùn)動(dòng)變換中，得到每一個(gè)切削點(diǎn)和刀軸矢量的空間坐標(biāo)誤差。生產(chǎn)實(shí)際過(guò)程中通常由坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)測(cè)量點(diǎn)法向方向的輪廓誤差，以此評(píng)價(jià)零件精度。因此，為了與坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，并將切削點(diǎn)和刀軸矢量的空間誤差轉(zhuǎn)換為法向輪廓誤差，以方便生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用。

圖3　基于特征的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件精度預(yù)測(cè)方案

（4）基于特征的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件精度預(yù)測(cè)與評(píng)估方法。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研并參考兄弟參研單位對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特征分類的基礎(chǔ)上，結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中對(duì)各特征的實(shí)際精度要求，提出基于特征的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件零件精度預(yù)測(cè)方法，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的輪廓特征、孔特征、及筋特征進(jìn)行精度預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)方案如圖3所示。

圖4　誤差評(píng)估技術(shù)路線

在基于特征的精度預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，利用編寫的零件精度預(yù)測(cè)與評(píng)估軟件，采用正交分析法，改變誤差輸入項(xiàng)的數(shù)目和/或數(shù)值，可分析各單項(xiàng)誤差對(duì)零件精度的影響權(quán)重，即誤差評(píng)估，從而提出工藝優(yōu)化意見(jiàn)，如圖4所示。

2　飛機(jī)結(jié)構(gòu)件精度預(yù)測(cè)與評(píng)估軟件開(kāi)發(fā)

在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工精度預(yù)測(cè)與評(píng)估方案理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工精度預(yù)測(cè)與評(píng)估軟件。該軟件基于VS2010開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C++語(yǔ)言編寫，結(jié)合OpenGL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)實(shí)現(xiàn)可視化，并調(diào)用MATCOM C++矩陣庫(kù)實(shí)現(xiàn)矩陣的定義及運(yùn)算，各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)以數(shù)據(jù)表的形式存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)中。軟件的總體結(jié)構(gòu)框架如圖5所示。

圖5　精度預(yù)測(cè)與評(píng)估軟件系統(tǒng)就夠示意圖

3　結(jié)語(yǔ)

“飛機(jī)結(jié)構(gòu)件多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工誤差分析與控制技術(shù)研究”作為研究的一個(gè)子課題，研究飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工過(guò)程中的部分主要質(zhì)量問(wèn)題，取得了一定的成果，但由于主客觀的原因，離我們理想的研究目標(biāo)尚存在一定的距離。但為以后更深入地研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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Accuracy Prediction and Evaluation Technology Research in the Process of Aircraft Structure Multi-axis linkage Machining

ZOU Zuo-ming
（Sichuan Institute of Information Technology，Guangyuan，Sichuan 628017，China）

Abstract:From quality control key technologies ofstructure multi-axis linkage machining，geometric errors in the machining process of aircraft structure parts are analyzed.The paper explains precisionprediction and evaluationtechnology of multi-axis linkage processing and provides the reference forfurther research.

Key words:Quality control；geometrical error；Accuracy prediction and evaluation

中圖分類號(hào)：TG547

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-980X（2016）05-0054-02

收稿日期：2016-04-18

作者簡(jiǎn)介：鄒左明（1978-），男，大學(xué)本科，講師，主要研究方向：機(jī)械工程。