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      一種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法

      文檔序號:6312032閱讀:402來源:國知局
      專利名稱:一種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明是ー種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,特別是ー種在數(shù)控銑床上對復(fù)雜曲面零件進行加工精度的在線檢測后、直接在該機床上對該零件進行形位誤差原位補償加工的方法,屬于復(fù)雜零件的曲面形位精度的改造技木。
      背景技術(shù)
      隨著制造業(yè)技術(shù)和裝備的不斷進步,對復(fù)雜零件/產(chǎn)品的精度、效率、質(zhì)量和外觀要求愈來愈高。傳統(tǒng)的數(shù)控加工方法難以適應(yīng)復(fù)雜曲面零件的高效高質(zhì)量加工要求。如何提高復(fù)雜曲面加工的效率和精度一直是數(shù)控加工中亟待解決的問題。在機械加工中,機床加工精度最終是由機床上刀具與エ件之間的相對位移決定的,刀具與エ件之間的相對位移誤差需要通過一定的數(shù)學方法來計算獲得。エ藝系統(tǒng)的幾何誤差和力、熱等因素導(dǎo)致的誤差的存在,使得實際加工出來的曲面與理想曲面必定存在一定的誤差。形位誤差受到許多因素的影響,諸如刀具磨損、熱變形、刀具變形、夾具變形和機床變形、振動及定位誤差等 等。不斷提高機械零件的加工精度一直是科研人員的研究熱點。利用離線檢測的方法進行誤差補償,已經(jīng)有了比較多的研究。但離線誤差補償需要エ件的二次定位裝夾,容易產(chǎn)生二次定位誤差。對在線實時補償技術(shù)也進行了相當多的研究,但應(yīng)用在線實時補償?shù)某杀靖?、實施?fù)雜。實時檢測的優(yōu)勢是可以對正在加工的零件實施及時的修正與補償質(zhì)量缺陷的活動,以消除廢次品的產(chǎn)生。在自動化制造中,典型的實時檢測是利用自動化檢測傳感器進行100%檢測,例如刀片周邊磨削時,利用裝于磨床上的聲發(fā)射接觸傳感器和尺寸檢測裝置,在磨削過程中實施檢測,直到合格時才停止加工,自動卸下エ件,并記錄下檢測結(jié)果。就目前的技術(shù)和產(chǎn)品支撐條件而言,配置實時檢測常常比較困難(使裝備復(fù)雜化)而又昂貴,除了少數(shù)關(guān)鍵裝備外,若要普遍配置,則要求花費相當多投資,且在現(xiàn)在與將來的市場條件下,不一定能收回這些投資。形位誤差原位補償是在制造過程剛一完成就立即在機床上進行測量,根據(jù)測量結(jié)果得到曲面的形位誤差,在機床的原有裝夾位置對其中的系統(tǒng)誤差進行補償加工。一般情況下,系統(tǒng)誤差遠大于隨機誤差,同時系統(tǒng)誤差又是有確定性規(guī)律的誤差,因此,對加工過程中的系統(tǒng)誤差進行補償,是進行形位誤差補償?shù)目尚修k法。雖然在線檢測方式將占據(jù)一定的生產(chǎn)時間,但エ件超差后無需進行二次定位裝夾,從產(chǎn)品加工的整體來看,仍將有助于生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量的保證。檢測過程和形位誤差補償過程直接在同一臺數(shù)控機床上進行,避免了零件多次裝夾所帶來的定位誤差。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種可以提高被加工曲面的加工精度的曲面零件的形位誤差原位補償加工方法。本發(fā)明克服了目前復(fù)雜曲面零件誤差補償中存在的在三坐標測量機上對曲面零件進行形位誤差離線檢測后,若誤差超過設(shè)定值需重新在數(shù)控銑床上裝夾エ件才能進行補償加工的缺點,使檢測過程和誤差補償過程直接在同一臺數(shù)控機床上進行,避免了零件多次裝夾所帶來的定位誤差,使加工和檢測集成在一起,有效地提聞了生廣效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是本發(fā)明的ー種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,包括有如下步驟I)將接觸式觸發(fā)測頭安裝在數(shù)控機床的主軸上;2)對待測曲面進行加工精度檢測;3)將被加工曲面的形位誤差分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差;4)根據(jù)上ー步獲取的系統(tǒng)誤差,修改原有的數(shù)控代碼;5)在原來的裝夾位置對被加工曲面進行原位再加工。
      上述步驟I)是將接觸式觸發(fā)測頭安裝在數(shù)控銑床的主軸上。上述步驟2)對待測曲面進行加工精度檢測是采用數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)實現(xiàn)。上述步驟3)將被加工曲面的形位誤差分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差采用空間統(tǒng)計分析方法,上述空間統(tǒng)計分析方法如下空間統(tǒng)計分析方法是以具有地理空間信息特性的事物或現(xiàn)象的空間相互作用及變化規(guī)律為研究對象,以具有空間分布特點的區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)的一名新學科,可以研究空間分布數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性與隨機性、空間相關(guān)性與依賴性,空間統(tǒng)計分析方法假設(shè)研究區(qū)中所有的值都是非獨立的,相互之間存在相關(guān)性。在空間或時間范疇內(nèi),這種相關(guān)性被稱為自相關(guān);空間自相關(guān)分析是檢驗具有空間位置的某變量的觀測值是否顯著地與其相鄰空間點上的觀測值相關(guān)聯(lián),Moran’ s I統(tǒng)計是全局空間相關(guān)性分析的一種有效的定量統(tǒng)計方法,從統(tǒng)計學的觀點來看,通過在線檢測得到的取樣點的形位誤差可以看作空間分布的數(shù)據(jù)點,從而為應(yīng)用空間統(tǒng)計學方法分析形位誤差提供了可能,若用e i表示樣本位置點i到理想曲面的形位偏差,^表示n個測量點處的e平均值,莫蘭指數(shù)Moran’ s I表示為
      n nMoran iS I = —--- —(I)此處& =,Wij表示在位置i點處,位置j對它的空間作用的度量權(quán)重系數(shù);檢驗統(tǒng)計量由下式計算
      _ (Moran'sI) - a/n\Z = I-(2)
      びA/上式中Um = E {Moran,si} aM = ^jVar[Moran 'si \如果取樣點形位偏差{ e J具有空間自相關(guān)性,就表示具有相近值的取樣點形位偏差趨向于聚集在相鄰的區(qū)域,因此,采用假設(shè)檢驗的方法進行分析,假設(shè)檢驗的方法描述為取顯著性水平為0. 01,其標準正態(tài)分布的臨界值Zatll的值是2. 33,如果Z〈Za(ll,則認為偏差服從空間獨立分布,偏差就可以作為是隨機誤差了 ;反之如果Z>Za(ll,則認為偏差具有自相關(guān)性,誤差值既包括隨機誤差部分,又包括系統(tǒng)誤差部分,在此情況下,還需要進行誤差分解,分別求出系統(tǒng)誤差和隨機誤差;進ー步的誤差分解方法為I)構(gòu)造確定性曲面,確定性曲面是將系統(tǒng)誤差迭加到理想曲面上形成的新曲面,以工程上常用的雙三次B樣條曲面描述確定性曲面模型;
      ·
      2)計算各樣本點的殘差,殘差是樣本位置點到確定性曲面的法向偏差;根據(jù)檢驗統(tǒng)計量Z的值判斷殘差的空間相關(guān)性;3)若殘差服從空間統(tǒng)計分布的獨立性條件,則殘差可以視為隨機誤差,形位誤差與殘差的差值即為系統(tǒng)誤差,計算終止;若殘差不服從空間統(tǒng)計分布的獨立性條件,則增加確定性曲面的曲面片數(shù)量,轉(zhuǎn)I)。上述步驟4)根據(jù)上ー步獲取的系統(tǒng)誤差修改原有的數(shù)控代碼,是采用鏡像對稱法,上述鏡像對稱法如下為減小實際表面和理想表面之間的誤差,當獲得了形位誤差后,將刀具偏移理論軌跡ー個距離,即可減少形位誤,具體補償吋,刀具偏移量通過修改NC代碼生成新的刀具路徑,以對系統(tǒng)誤差進行補償,建立刀具中心的實際位置和理想位置的關(guān)系是誤差補償?shù)年P(guān)鍵,依據(jù)理想位置修正刀具中心的實際位置,補償點的計算公式如下
      pm—("’め=N(u, V) — es ひ/, v)h(u, V)⑶式中,N(u,v)表示理想曲面,S>,v)表示系統(tǒng)誤差的估計值,所/,v)表示N(u,v)的法矢方向,只要將理想曲面a的刀具路徑偏移一個系統(tǒng)誤差值es,即可得到新的補償曲面b,實現(xiàn)形位誤差補償。本發(fā)明由于采用在待檢測的復(fù)雜曲面加工完成后,在數(shù)控銑床的工作臺上直接進行在線檢測的方法獲得高精度的形位誤差檢測結(jié)果,對此檢測結(jié)果進行分析進而獲得被測曲面的系統(tǒng)誤差和隨機誤差,根據(jù)系統(tǒng)誤差修改原有的數(shù)控代碼,繼而對被測曲面進行原位補償加工。本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明的方法可以在數(shù)控銑床上直接對加工完成后的復(fù)雜曲面進行在線檢測,獲得被加工曲面的加工精度,進而進行形位誤差的原位補償,克服了目前復(fù)雜曲面零件誤差補償中存在的在三坐標測量機(CMM)上對曲面零件進行形位誤差離線檢測后,若誤差超過設(shè)定值需重新在數(shù)控銑床上裝夾エ件才能進行補償加工的缺點,有效地提高了生產(chǎn)效率和零件的加工精度,本發(fā)明具有顯著的經(jīng)濟效益、社會效益。本發(fā)明是一種設(shè)計巧妙,性能優(yōu)良,方便實用的復(fù)雜零件的曲面形位誤差的補償加工方法。


      圖I為本發(fā)明ー種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法流程圖。圖2為鏡像對稱法修改數(shù)控代碼的原理圖。圖3為本發(fā)明的方法圖。
      具體實施例方式實施例本發(fā)明的ー種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,本實施例是利用數(shù)控銑床對復(fù)雜曲面エ件進行形位誤差原位補償加工方法,該方法適應(yīng)于,當數(shù)控銑床對復(fù)雜曲面零件進行加工,完成ー個加工エ序后,直接在數(shù)控銑床的工作臺上對エ件進行檢測,若發(fā)現(xiàn)形位誤差超過允許值,在不改變エ件裝夾的條件下直接在數(shù)控銑床上進行原位誤差補償,可以避免將エ件移動到其他檢測設(shè)備(如三坐標測量機)上檢測帶來的二次定位誤差,也可避免對尺寸和重量大的エ件進行搬運所帶來的不便。本實施例的方法中被加工的エ件在檢測完成后,在同一數(shù)控 銑床的進行形位誤差補償,包括以下步驟步驟ー將接觸式觸發(fā)測頭安裝在數(shù)控銑床的主軸上。主軸帶動測頭運動,測頭實施對被測曲面的坐標檢測,檢測結(jié)果記錄在檢測軟件中。步驟ニ對待測曲面進行加工精度檢測。利用檢測軟件求出被測曲面的形位誤差。步驟三將被加工曲面的形位誤差分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差;形位誤差分解是采用空間統(tǒng)計分析的方法實現(xiàn)的。通過建立基于雙三次B樣條曲面的確定性曲面C,對樣本點的殘差進行空間獨立性分析,分解出系統(tǒng)誤差和隨機誤差。步驟四根據(jù)上ー步獲取的系統(tǒng)誤差,修改原有的數(shù)控代碼;如圖2所示,刀具偏移量用“鏡像對稱法”得到。依據(jù)理想位置修正刀具中心的實際位置,補償點的計算公式如下Pmodified0, V) ニ N{u,v) — Cs (u,v)n(u,v) (1)上式中,N(u, v)表示理想曲面,表示系統(tǒng)誤差的估計值表示N(u,v)的法矢方向。從圖2可以看出,只要將理想曲面的刀具路徑偏移ー個系統(tǒng)誤差值,即可得到新的補償曲面,實現(xiàn)形位誤差補償。步驟五將修改后的數(shù)控代碼輸入到機床數(shù)控系統(tǒng),在原來的裝夾位置對曲面迸行原位再加工,從而獲得高精度的加工曲面。本實施例使用配備有FANUC Oi-MD數(shù)控系統(tǒng)的加工中心和TP6L測頭系統(tǒng)。
      權(quán)利要求
      1.一種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,其特征在于包括有如下步驟 1)將接觸式觸發(fā)測頭安裝在數(shù)控機床的主軸上; 2)對待測曲面進行加工精度檢測; 3)將被加工曲面的形位誤差分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差; 4)根據(jù)上一步獲取的系統(tǒng)誤差,修改原有的數(shù)控代碼; 5)在原來的裝夾位置對被加工曲面進行原位再加工。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,其特征在于上述步驟I)是將接觸式觸發(fā)測頭安裝在數(shù)控銑床的主軸上。
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,其特征在于上述步驟2)對待測曲面進行加工精度檢測是采用數(shù)控機床在線檢測系統(tǒng)實現(xiàn)。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,其特征在于上述步驟3)將被加工曲面的形位誤差分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差采用空間統(tǒng)計分析方法,上述空間統(tǒng)計分析方法如下 空間統(tǒng)計分析方法是以具有地理空間信息特性的事物或現(xiàn)象的空間相互作用及變化規(guī)律為研究對象,以具有空間分布特點的區(qū)域化變量理論為基礎(chǔ)的一名新學科,可以研究空間分布數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性與隨機性、空間相關(guān)性與依賴性,空間統(tǒng)計分析方法假設(shè)研究區(qū)中所有的值都是非獨立的,相互之間存在相關(guān)性。在空間或時間范疇內(nèi),這種相關(guān)性被稱為自相關(guān); 空間自相關(guān)分析是檢驗具有空間位置的某變量的觀測值是否顯著地與其相鄰空間點上的觀測值相關(guān)聯(lián),Moran’s I統(tǒng)計是全局空間相關(guān)性分析的一種有效的定量統(tǒng)計方法,從統(tǒng)計學的觀點來看,通過在線檢測得到的取樣點的形位誤差可以看作空間分布的數(shù)據(jù)點,從而為應(yīng)用空間統(tǒng)計學方法分析形位誤差提供了可能,若用ε i表示樣本位置點i到理想曲面的形位偏差,f表示η個測量點處的ε平均值,莫蘭指數(shù)Moran’ s I表示為
      5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的曲面零件的形位誤差原位補償加工方法,其特征在于上述步驟4)根據(jù)上一步獲取的系統(tǒng)誤差修改原有的數(shù)控代碼,是采用鏡像對稱法,上述鏡像對稱法如下 為減小實際表面和理想表面之間的誤差,當獲得了形位誤差后,將刀具偏移理論軌跡一個距離,即可減少形位誤,具體補償時,刀具偏移量通過修改NC代碼生成新的刀具路徑,以對系統(tǒng)誤差進行補償,建立刀具中心的實際位置和理想位置的關(guān)系是誤差補償?shù)年P(guān)鍵,依據(jù)理想位置修正刀具中心的實際位置,補償點的計算公式如下 Pm0Aificd (X、’) = V) — es (u, v)h(u, v)(3) 式中,N(u,v)表示理想曲面表示系統(tǒng)誤差的估計值,%,v)表示N(u,v)的法矢方向,只要將理想曲面a的刀具路徑偏移一個系統(tǒng)誤差值es,即可得到新的補償曲面b,實現(xiàn)形位誤差補償。
      全文摘要
      本發(fā)明是一種曲面零件的形位誤差原位補償加工方法。包括如下步驟1)將接觸式觸發(fā)測頭安裝在數(shù)控機床的主軸上;2)對待測曲面進行加工精度檢測;3)將被加工曲面的形位誤差分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差;4)根據(jù)上一步獲取的系統(tǒng)誤差,修改原有的數(shù)控代碼;5)在原來的裝夾位置對被加工曲面進行原位再加工。本發(fā)明克服了目前復(fù)雜曲面零件誤差補償中存在的在三坐標測量機(CMM)上對曲面零件進行形位誤差離線檢測后,若誤差超過設(shè)定值需重新在數(shù)控銑床上裝夾工件才能進行補償加工的缺點,使檢測過程和誤差補償過程直接在同一臺數(shù)控銑床上進行,避免了零件多次裝夾所帶來的定位誤差,使加工和檢測集成在一起,可有效提高生產(chǎn)效率及提高被加工曲面的加工精度。
      文檔編號G05B19/404GK102854841SQ20121037627
      公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
      發(fā)明者高健, 陳岳坪, 鄧海祥, 楊澤鵬, 陳新, 鄭德濤 申請人:廣東工業(yè)大學
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