[发明专利]一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法

权利要求书

1.一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法，包括下列步骤：

（一）根据待加工的自由曲面，获得刀具接触点，根据所得到的刀具接触点以及刀具几何，生成理想的刀位点轨迹；

（二）根据加工需求，在超精密数控车床安装一台两轴FTS和高分辨率传感器，建立一种实施主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法的系统，用于实现误差检测和综合误差补偿；

其特征在于：

（三）根据刀具与工件之间的综合误差在                                                和向的投影分量，对所获得的理想刀位点轨迹分别在和向进行误差校正，以获得实际校正之后的刀位点轨迹；

（四）将校正之后的刀位点轨迹在和向的投影分量分别分解为一个单调平滑趋势运动和一个扰动运动；

（五）由单调平滑趋势运动的分量和分量分别生成CNC指令以驱动两个直线轴和，将扰动运动的分量和分量分别作为FTS的两个直线轴和的期望输出进行同步跟踪。

2.根据权利要求1所述的一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法，其特征在于步骤（二）中一种实施主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法的系统包括：

（1）在一台两轴超精密数控车床的轴溜板上，安装一台两轴FTS装置，通过超精密数控车床的两个直线运动轴（和）以及FTS装置的两个直线运动轴（和）之同步运动以主动抵消刀具与工件之间的综合误差；

（2）一个高分辨率的回转光栅安装在主轴尾端以检测主轴回转脉冲，两个高精密的直线光栅分别用于检测轴与轴的坐标位置，两个高分辨率的位移传感器分别检测和轴的快速往复运动，温度传感器分别安装在床身和主轴的适当部位以检测温度变化，这些检测信号馈入一个高性能的多轴运动控制器，驱动FTS装置的和轴以产生与和轴同步的快速往复运动。

3.根据权利要求1所述的一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法，其特征在于步骤（三）具体包括下列步骤：

（1）分别测量超精密车床各运动轴之主要运动误差，建立各运动轴之主要运动误差对温度变化量和坐标位置的依赖模型；

（2）分别测量FTS装置两个直线轴和之主要运动误差，建立FTS装置之主要运动误差对主轴转角的依赖模型；

（3）根据超精密车床各运动轴的构型，建立由刀具到机床基础的运动误差传递链以及由工件到机床基础的运动误差传递链，根据齐次坐标变换，获得由刀具坐标系到工件坐标系的误差映射矩阵；

（4）根据误差映射矩阵获得刀具与工件之间的综合误差，该误差可分别在向和向得到投影分量：和，这两个误差投影分量皆包含了超精密车床各运动轴和FTS装置两个直线轴之主要运动误差；

（5）根据金刚石刀尖圆弧与工件轴截面曲线的之接触点、以及金刚石刀尖圆弧半径，获得理想的刀位点，然后按如下方式快速迭代、以获得刀具与工件之间综合误差校正之后的刀位点：

在此，是迭代次数，是第次迭代的实际刀位点，是第次迭代时刀位点的综合误差，是第次迭代的误差。

4.根据权利要求1所述的一种主动误差抵消的自由曲面超精密车削方法，其特征在于步骤（四）具体包括下列步骤：

对遍历，获得刀具与工件之间综合误差校正之后的刀位点轨迹如下：

，，；

令，则和可等价表示为和，分别对刀位点的投影分量和进行分解可得到：

式中，和分别是单调平滑趋势运动，和分别是扰动运动。