[发明专利]一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法

权利要求书

1.一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，其特征在于包括有如下步骤：

1）将接触式触发测头安装在数控机床的主轴上；

2）对待测曲面进行加工精度检测；

3）将被加工曲面的形位误差分解为系统误差和随机误差；

4)根据上一步获取的系统误差，修改原有的数控代码；

5)在原来的装夹位置对被加工曲面进行原位再加工。

2.根据权利要求1所述的曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，其特征在于上述步骤1）是将接触式触发测头安装在数控铣床的主轴上。

3.根据权利要求1所述的曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，其特征在于上述步骤2）对待测曲面进行加工精度检测是采用数控机床在线检测系统实现。

4.根据权利要求1所述的曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，其特征在于上述步骤3）将被加工曲面的形位误差分解为系统误差和随机误差采用空间统计分析方法,上述空间统计分析方法如下：

空间统计分析方法是以具有地理空间信息特性的事物或现象的空间相互作用及变化规律为研究对象，以具有空间分布特点的区域化变量理论为基础的一名新学科，可以研究空间分布数据的结构性与随机性、空间相关性与依赖性，空间统计分析方法假设研究区中所有的值都是非独立的，相互之间存在相关性。在空间或时间范畴内，这种相关性被称为自相关；

空间自相关分析是检验具有空间位置的某变量的观测值是否显著地与其相邻空间点上的观测值相关联，Moran’s I统计是全局空间相关性分析的一种有效的定量统计方法，从统计学的观点来看，通过在线检测得到的取样点的形位误差可以看作空间分布的数据点，从而为应用空间统计学方法分析形位误差提供了可能，若用ε_i表示样本位置点i到理想曲面的形位偏差，表示n个测量点处的ε平均值，莫兰指数Moran’s I表示为：

Moran′s I=nS0Σi=1nΣj=1nωij(ϵi-ϵ‾)(ϵj-ϵ‾)Σi=1n(ϵi-ϵ‾)2---(1)]]>

此处ω_ij表示在位置i点处，位置j对它的空间作用的度量权重系数；

检验统计量由下式计算

Z=(Moran′sI)-μMσM---(2)]]>

上式中μ_M＝E{Moran'sI}

σM=Var{Moran′sI}]]>

如果取样点形位偏差{ε_i}具有空间自相关性，就表示具有相近值的取样点形位偏差趋向于聚集在相邻的区域，因此，采用假设检验的方法进行分析，假设检验的方法描述为：取显著性水平为0.01，其标准正态分布的临界值Z_0.01的值是2.33，如果Z<Z_0.01，则认为偏差服从空间独立分布，偏差就可以作为是随机误差了；反之如果Z>Z_0.01，则认为偏差具有自相关性，误差值既包括随机误差部分，又包括系统误差部分，在此情况下，还需要进行误差分解，分别求出系统误差和随机误差；

进一步的误差分解方法为：

1）构造确定性曲面，确定性曲面是将系统误差迭加到理想曲面上形成的新曲面，以工程上常用的双三次B样条曲面描述确定性曲面模型；

2）计算各样本点的残差，残差是样本位置点到确定性曲面的法向偏差；

根据检验统计量Z的值判断残差的空间相关性；

3）若残差服从空间统计分布的独立性条件，则残差可以视为随机误差，形位误差与残差的差值即为系统误差，计算终止；若残差不服从空间统计分布的独立性条件，则增加确定性曲面的曲面片数量，转1）。

5.根据权利要求1所述的曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，其特征在于上述步骤4）根据上一步获取的系统误差修改原有的数控代码，是采用镜像对称法，上述镜像对称法如下：

为减小实际表面和理想表面之间的误差，当获得了形位误差后，将刀具偏移理论轨迹一个距离，即可减少形位误，具体补偿时，刀具偏移量通过修改NC代码生成新的刀具路径，以对系统误差进行补偿，建立刀具中心的实际位置和理想位置的关系是误差补偿的关键，依据理想位置修正刀具中心的实际位置，补偿点的计算公式如下：

Pmodified(u,v)=N(u,v)-e^s(u,v)n^(u,v)---(3)]]>

式中，N(u,v)表示理想曲面，表示系统误差的估计值，表示N(u,v)的法矢方向,只要将理想曲面a的刀具路径偏移一个系统误差值e_s，即可得到新的补偿曲面b，实现形位误差补偿。