CN108519759A - 一种切割机床锯切型材的长度补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种切割机床锯切型材的长度补偿方法，包括以下步骤：S1，建立加工过程锯切时的切割力模型；S2，建立铝型材变形模型；S3，设定插补周期，根据已知的铝型材信息及切割误差和切割面积的非线性关系建立锯切加工工艺专家库；S4，根据锯切加工工艺专家库进行切割轨迹规划，对切割盘位置进行误差补偿，完成加工。本发明有效提高了加工的精确度，提升加工质量。
Description
技术领域
本发明属于锯切加工技术领域，更具体的是一种切割机床锯切型材的长度补偿方法。
背景技术
锯切加工的加工误差来源根据加工误差的产生原因可以分为常值系统误差和变量系统误差。常值系统误差包括机床-刀具-夹具的制造误差，机床各个部件的磨损误差以及加工原理误差。变值系统误差包括刀具磨损、热、力引起的变形产生的误差。而锯切力引起的误差和热变形引起的误差是锯切型材长度误差的主要产生原因。
为了保证加工表面的精度，常见的减少和消除误差的方法分为两种：
误差避免和误差补偿。误差避免即在设计和加工过程中利用误差避免技术通过改进机床的设计、结构以及环境控制过程硬件使加工表面精度保持最高，但这种方法不但效率不高，而且效率并不理想。误差补偿则是先分析加工误差产生的来源即影响加工精度的原因。然后通过改变加工工艺参数或刀具路径来达到消除误差提高加工表面精度的目的。误差补偿方法就是需要首先对误差进行测量并人为的给定一个新的值去抵消原始误差的补偿方法。
常用的误差补偿方法有在线自适应补偿和离线误差补偿两种方式。在线自适应补偿是指在加工过程中通过在线检测设备对铣削力和变形量进行测量，根据测量结果判断误差并进行误差补偿。是一种闭环补偿系统。补偿精度较高，但对机床及数控系统的要求也高，受到一定的限制。离线补偿误差方法是指在加工之前建立误差模型再对刀具路径进行修改，这种方法成本低，效果较好能广泛使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种切割机床锯切型材的长度补偿方法，有效提高了加工的精确度，提升加工质量。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种切割机床锯切型材的长度补偿方法，包括以下步骤：
S1，建立加工过程锯切时的切割力模型；
S2，建立铝型材变形模型；
S3，设定插补周期，根据已知的铝型材信息及切割误差和切割面积的非线性关系建立锯切加工工艺专家库；
S4，根据锯切加工工艺专家库进行切割轨迹规划，对切割盘位置进行误差补偿，完成加工。
所述步骤S1具体为：将锯切盘瞬时坐标系o-xyz转换为被切割件的坐标系O-XYZ的转换坐标T1如下式：
得到切割力公式为：
所述步骤S2具体包括：
S2.1，铝型材变形挠度计算，锯切盘接触铝型材时铝型材受力，作用在铝型材X和Y方向的切割作用力使铝型材发生变形，且切割作用力集中在铝型材接触面上，设各微元的作用点径向高度为z，L为铝型材悬伸总长，根据材料力学中各微元合力矩与集中力矩相等的原则，将铝型材受到的分布力转换成z＝h处的集中力，则得到以下关系：
其中，zj,max和zj,min的含义分别为第j个微元径向高度的最大值和最小值；
对上式进行简化，得到集中力作用点：
Y向的切割作用力使得铝型材发生形变，挠曲线方程为：
其中E为铝型材的弹性模量；；I为铝型材的截面的惯性矩，
在L处的挠度为：
变形量为：
X向的切割作用力使得铝型材发生压应变，应变量为：
根据材料力学中的叠加原理，得到集中力受力点的变形量为Δx，该变形量即为理论的切割误差：
Δx＝Δxy+Δxx，Δxx为X向的变形量，Δxy为Y向的变形量；
S2.2，铝型材截面惯性矩的计算，惯性矩I为：
其中，B为截面的宽度，H为截面的高度。
所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1，根据预设的总误差允许值δ0，设定周期误差允许值δn，其中δnδ0，n为周数；
设切割盘的移动移动速度为v，铝型材的面积为A，插补周期为T，那么满足如下关系：
其中θ为切割盘的偏离角度，B为切割铝型材的宽度；
S3.2，根据切割盘面积和切割误差的关系，建立锯切加工工艺专家库。
在一个插补周期T中，一个插补周期的误差值满足Δx≤δ，每经过一个插补周期，要将切割盘的位置补偿Δx。
本发明优化了切削力误差、热变形误差，对于提高锯切加工过程的加工精度和加工效率有重要的作用，有效提高了加工精确。
附图说明
附图1为本发明流程示意图；
附图2为本发明中使用到的切割盘的机械传动装置示意图；
附图3为本发明中铝型材的受力状态示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如附图1-3所示，本发明揭示了一种切割机床锯切型材的长度补偿方法，包括以下步骤：
S1，建立加工过程锯切时的切割力模型。
S2，建立铝型材变形模型。
S3，设定插补周期，根据已知的铝型材信息及切割误差和切割面积的非线性关系建立锯切加工工艺专家库。切割误差和切割面积为非线性的对应关系，即切割面积越大，切割误差越小。
S4，根据锯切加工工艺专家库进行切割轨迹规划，对切割盘位置进行误差补偿，完成加工，实现精确的加工精度。
所述步骤S1中，切割力由机械传动部分计算得出，在图2所示的锯切 传动装置包括电机5、手臂座2及锯切盘1，手臂座4的一端设有电机5， 电机5通过传送带6连接切割盘1，手臂座2上设有摆臂座4，摆臂座4 连接摆臂气缸7。切割时，通过启动摆臂气缸7，带动摆臂座4，摆臂座4 驱动手臂座2上升，从而切割盘1抬起对铝型材进行切割。具体过程为： 将锯切盘瞬时坐标系o-xyz转换为被切割件的坐标系O-XYZ的转换坐标T1如下式：
得到切割力公式为：
根据该切割力公式即可计算得到切割力。
所述步骤S2具体包括：
S2.1，铝型材变形挠度计算。将单头铝型材等效为悬臂梁模型，锯切盘接触铝型材时铝型材受力，作用在铝型材X和Y方向的切割作用力使铝型材发生变形，且切割作用力集中在铝型材接触面上，设各微元的作用点径向高度为z，L为铝型材悬伸总长且单位通常为mm，根据材料力学中各微元合力矩与集中力矩相等的原则，将铝型材受到的分布力转换成z＝h处的集中力，则得到以下关系：
其中，zj,max和zj,min的含义分别为第j个微元径向高度的最大值和最小值；
对上式进行简化，得到集中力作用点：
Y向的切割作用力使得铝型材发生形变，挠曲线方程为：
其中E为铝型材的弹性模量，单位为GPa；I为铝型材的截面的惯性矩，单位为mm4。
在L处的挠度为：
变形量为：
X向的切割作用力使得铝型材发生压应变，应变量为：
根据材料力学中的叠加原理，得到集中力受力点的变形量为Δx，该变形量即为理论的切割误差：
Δx＝Δxy+Δxx，Δxx为X向的变形量，Δxy为Y向的变形量。
本实例中，铝型材总的切割长度L0设定为450mm，由于该设备为双头锯切机，锯切机之间的距离调整为390mm，单头的压紧装置和切割盘之间的距离为30mm，即L；铝型材的弹性模量为71GPa。
S2.2，铝型材截面惯性矩的计算，惯性矩I为：
其中，B为截面的宽度，H为截面的高度。切割误差与切割力、切割长度、切割宽度以及切割高度存在一定的关系。在切割过程中，切割力由机械传动装置提供，一般为不可变；切割长度由用户设定，一般不可改变。因此，切割误差与切割面积存在非线性关系，切割面积越大，切割误差越小。
所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1，根据预设的总误差允许值δ0，设定周期误差允许值δn，其中δnδ0，n为周数；
设切割盘的移动移动速度为v，铝型材的面积为A，插补周期为T，那么满足如下关系：
其中θ为切割盘的偏离角度，B为切割铝型材的宽度。本实例中总误差要求为≤±0.1mm，这里为单头切割，故单头切割的总误差为≤±0.05mm。
S3.2，根据切割盘面积和切割误差的关系，建立锯切加工工艺专家库。
在一个插补周期中，要保证，一个插补周期的误差值满足Δx≤δ。因而，每经过一个插补周期，要将切割盘的位置补偿Δx。根据Δx的值与切割面积有非线性关系，算出每个时段的补偿值，并存入锯切加工工艺专家库。
切割完成后，对切割的铝型材进行测量，实际切割长度为449.95mm，满足误差要求，证明本发明能够有效解决锯切加工过程中产生的长度误差问题。
需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种切割机床锯切型材的长度补偿方法，包括以下步骤：
S1，建立加工过程锯切时的切割力模型；
S2，建立铝型材变形模型；
S3，设定插补周期，根据已知的铝型材信息及切割误差和切割面积的非线性关系建立锯切加工工艺专家库；
S4，根据锯切加工工艺专家库进行切割轨迹规划，对切割盘位置进行误差补偿，完成加工。
2.根据权利要求1所述的切割机床锯切型材的长度补偿方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：将锯切盘瞬时坐标系o-xyz转换为被切割件的坐标系O-XYZ的转换坐标T1如下式：
得到切割力公式为：
3.根据权利要求2所述的切割机床锯切型材的长度补偿方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S2.1，铝型材变形挠度计算，锯切盘接触铝型材时铝型材受力，作用在铝型材X和Y方向的切割作用力使铝型材发生变形，且切割作用力集中在铝型材接触面上，设各微元的作用点径向高度为z，L为铝型材悬伸总长，根据材料力学中各微元合力矩与集中力矩相等的原则，将铝型材受到的分布力转换成z＝h处的集中力，则得到以下关系：
其中，zj,max和zj,min的含义分别为第j个微元径向高度的最大值和最小值；
对上式进行简化，得到集中力作用点：
Y向的切割作用力使得铝型材发生形变，挠曲线方程为：
其中E为铝型材的弹性模量；；I为铝型材的截面的惯性矩，
在L处的挠度为：
变形量为：
X向的切割作用力使得铝型材发生压应变，应变量为：
根据材料力学中的叠加原理，得到集中力受力点的变形量为Δx，该变形量即为理论的切割误差：
Δx＝Δxy+Δxx，Δxx为X向的变形量，Δxy为Y向的变形量；
S2.2，铝型材截面惯性矩的计算，惯性矩I为：
其中，B为截面的宽度，H为截面的高度。
4.根据权利要求3所述的切割机床锯切型材的长度补偿方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S3.1，根据预设的总误差允许值δ0，设定周期误差允许值δn，其中δn≤δ0，n为周数；
设切割盘的移动移动速度为v，铝型材的面积为A，插补周期为T，那么满足如下关系：
其中θ为切割盘的偏离角度，B为切割铝型材的宽度；
S3.2，根据切割盘面积和切割误差的关系，建立锯切加工工艺专家库。
5.根据权利要求4所述的切割机床锯切型材的长度补偿方法，其特征在于，在一个插补周期T中，一个插补周期的误差值满足Δx≤δ，每经过一个插补周期，δ为一个插补周期误差值，要将切割盘的位置补偿Δx。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: The sheep village Shunde District Lunjiao 528000 Guangdong province Foshan city Yongan Road No. 8 Applicant after: Foshan jinhuanyu Enterprise Incubator Co., Ltd Applicant after: GUANGDONG JUNWU TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: The sheep village Shunde District Lunjiao 528000 Guangdong province Foshan city Yongan Road No. 8 Applicant before: FOSHAN KINGSKY MACHINERY Co.,Ltd. Applicant before: GUANGDONG JUNWU TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220425 Address after: 528000 No. 8, Yong'an Road, Lunjiao Yange village committee, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province Patentee after: Foshan jinhuanyu Enterprise Incubator Co.,Ltd. Patentee after: Foshan jinhuangyu Intelligent Machinery Co., Ltd Address before: 528000 No. 8, Yong'an Road, Lunjiao Yange village committee, Shunde District, Foshan City, Guangdong Province Patentee before: Foshan jinhuanyu Enterprise Incubator Co.,Ltd. Patentee before: Guangdong Junwu Technology Co., Ltd |