一種基于多次檢測和補償的高精度軸類零件加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及軸類零件加工方法，尤其是設及一種基于誤差的檢測與補償的軸類零 件加工方法。
【背景技術】
[0002] 隨著技術發展，對各種運動機構精度提出了越來越高的要求，而軸系零件作為運 動機構的重要執行部件，其直線度、尺寸精度等精度直接影響機構的運動精度。例如在國防 工業中，導彈系統的巧螺儀直接影響其命中率，1kg的巧螺轉子，其質量中屯、偏離其對稱軸 0. 5ym就會引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。
[0003] 數控車床作為最常用的軸類零件加工設備，其導軌直線度和定位精度直接影響零 件的加工精度。當零件精度要求超過機床精度時，可由兩種方法來改善機床精度：（1)誤差 防止法，即直接提高加工母機的精度來保證數控機床精度，但是當其精度要求高于某一條 件后，其所花費的成本將成倍數增長；（2)誤差補償法，即通過測量分析機床現有誤差，建 立誤差的數學模型，通過硬件或軟件增加一個附加的誤差補償系統，人為的在現有系統上 引入一個附加誤差源，使之與現有誤差相抵消，此方法是一種具有顯著經濟價值并十分有 效的提高機床精度的方法。
[0004] 當今的機床誤差補償多集中于對機床的機床幾何誤差和熱誤差的建模方法研究， 然后進行軟件補償。即先測出誤差項，再利用機床本身的執行機構進行補償，其補償能力 取決于檢測精度和機床本身執行部件的運動精度，補償后的直線度和定位精度一般由幾十 微米降低到微米級，無法達到亞微米級精度；而采用附加誤差補償系統的研究較少，在《機 床誤差信號分離與補償技術研究》中采用附加超磁致伸縮致動器和柔性較鏈的方法對滾珠 絲杠工作臺的定位精度進行補償，采用離線檢測-開環補償，補償效果為± 15ym降低到 ±8ym。但是，現有的機床誤差補償法采用一次補償，沒有對一次補償后的效果進行誤差分 析和進一步的補償修正。 陽0化]對于高精度工件的加工，影響工件加工精度的誤差源很多，包括機床誤差的檢測 和補償、微位移執行機構、高精度工件測量、加工工藝系統的力變形與熱變形、加工工序、裝 夾方式和變形分析、切削力變形、刀具選擇和磨損控制、冷卻潤滑等，目前對運些單項誤差 源的分析有相當的研究，但還未解決將運些誤差源定量折算成加工工件誤差的技術。而且， 現有的研究多集中于單項或若干項誤差源的研究，但基于高精度工件加工的全流程，即對 機床誤差檢測-機床誤差補償-工件加工工序安排-工件誤差檢測-工件誤差同時進行補 償的研究未見報道。同時，現有的工件精度補償技術多集中于尺寸和形位精度補償，未考慮 高表面粗糖度要求。
【發明內容】
[0006] 本發明要解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種能有效提高機床 的導軌直線度的基于多次檢測和補償的高精度軸類零件加工方法。 陽007] 本發明所采用的技術方案是：
[0008] 一種基于多次檢測和補償的高精度軸類零件加工方法，包括W下步驟：
[0009] 步驟1，將微進給補償裝置安裝于數控車床遁板上，在數控車床導軌上選取n個測 量間隔點，控制數控車床沿導軌單向移動m次，在微進給補償裝置的伸出端檢測每次各測 量間隔點在X方向的原始偏差數據Zix，i= 1，2,…，n;根據原始偏差數據，計算得到每次 檢測車床沿導軌單向移動時各測量間隔點在X方向的直線度和直線度偏差值，再根據每次 的測量結果取平均，計算得到各測量間隔點在X方向的直線度偏差yi，所述X方向與導軌在 水平面內垂直，n、m為正整數，微進給補償裝置的出事伸出量為0;
[0010] 步驟2,擬合樣條函數得到兩個相鄰測量間隔點之間的直線度偏差連續函數； W11] 步驟3,在相鄰兩個測量間隔點之間設置N-1個附加間隔點，所述附加間隔點應使 得相鄰的附加間隔點之間或者相鄰的附加間隔點與測量間隔點之間的直線度偏差的差值 小于待加工軸類零件的表面粗糖度要求值；
[0012] 步驟4,控制微進給補償裝置在X方向進行預伸出，預伸出量a大于m次測量得到 的導軌直線度最大值，小于微進給補償裝置行程；
[0013] 步驟5,讀取數控車床導軌實時位置，在測量間隔點和附加間隔點，根據步驟2建 立的直線度偏差連續函數計算微進給補償裝置在當前位置的第一伸出量，第一伸出量5S, =預伸出量a-當前位置直線度偏差y,，j= 1，2,…，（N*n-N+1)，并驅動微進給補償裝置 在X方向進行伸縮運動，使微進給補償裝置的伸出量為第一伸出量，在此條件下，控制數控 車床沿導軌單向移動W次，在微進給補償裝置的伸出端檢測每次各測量間隔點在X方向的 補償后原始偏差數據，根據補償后原始偏差數據，計算得到每次檢測各測量間隔點的補償 后直線度偏差值，再根據每次的測量結果取平均，計算得到導軌在X方向的補償后直線度 偏差hi，w是正整數；
[0014] 步驟6,判斷各坐標點重復性，若重復性指標達到誤差闊值W上，則進入步驟7,若 重復性指標未達到誤差闊值W上，則結束操作；重復性指標為W次測量補償后直線度偏差 值符號保持不變的坐標點的數量與所有坐標點數量的比；
[001引步驟7,將與y1相加，得到各測量間隔點直線度偏差修正值k1;
[0016] 步驟8,獲取待加工軸類零件，所述待加工軸類零件的加工余量小于微進給補償裝 置行程；
[0017] 步驟9,根據ki，擬合樣條函數，建立直線度偏差修正連續函數；
[0018] 步驟10,控制微進給補償裝置在X方向進行預伸出，預伸出量為a;將加工刀具安 裝在微進給補償裝置伸出端，將待加工軸類零件安裝在加工位置，讀取數控車床導軌實時 位置，在測量間隔點和附加間隔點，根據步驟9建立的直線度偏差修正連續函數計算微進 給補償裝置在當前位置的第二伸出量5 m,，第二伸出量5 m,=預伸出量a-當前位置直線 度偏差修正值k，，并驅動微進給補償裝置在X方向進行伸縮運動，使微進給補償裝置的伸出 量為第二伸出量，在此條件下，在微進給補償裝置的伸出端檢測軸類零件一條水平母線上 各測量間隔點的零件直線度偏差li;
[0019] 步驟11，檢測一個測量間隔點處軸類零件的截面直徑，得到該測量間隔點處直徑 單邊余量a;
[0020] 步驟12,將各測量間隔點直線度偏差修正值ki和零件直線度偏差1 1進行累加，得 到在各測量間隔點直線度偏差修正終值Ci，Ci=(ki-b) +Qi-e)，其中b和e分別為步驟11 中所述的測量間隔點處的直線度偏差修正值和軸類零件直線度偏差；
[0021] 步驟13,根據Ci，擬合樣條函數，計算直線度偏差修正終值連續函數；
[0022] 步驟14,控制微進給補償裝置在X方向進行預伸出，伸出量等于步驟11測得的單 邊余量a,讀取數控車床導軌實時位置，在測量間隔點和附加間隔點位置，根據直線度偏差 修正終值連續函數計算微進給補償裝置在當前位置的第=伸出量5U,，第=伸出量5u,= a-當前位置直線度偏差修正終值C，，驅動微進給補償裝置在X方向進行伸縮運動，使微進 給補償裝置的伸出量為第=伸出量，控制數控車床沿導軌單向移動，用微進給補償裝置上 的加工刀具對待加工軸類零件進