[发明专利]一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法

说明书

技术领域

本发明是一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，特别是一种在数控铣床上对复杂曲面零件进行加工精度的在线检测后、直接在该机床上对该零件进行形位误差原位补偿加工的方法，属于复杂零件的曲面形位精度的改造技术。

背景技术

随着制造业技术和装备的不断进步，对复杂零件/产品的精度、效率、质量和外观要求愈来愈高。传统的数控加工方法难以适应复杂曲面零件的高效高质量加工要求。如何提高复杂曲面加工的效率和精度一直是数控加工中亟待解决的问题。在机械加工中，机床加工精度最终是由机床上刀具与工件之间的相对位移决定的，刀具与工件之间的相对位移误差需要通过一定的数学方法来计算获得。工艺系统的几何误差和力、热等因素导致的误差的存在，使得实际加工出来的曲面与理想曲面必定存在一定的误差。形位误差受到许多因素的影响，诸如刀具磨损、热变形、刀具变形、夹具变形和机床变形、振动及定位误差等等。不断提高机械零件的加工精度一直是科研人员的研究热点。利用离线检测的方法进行误差补偿，已经有了比较多的研究。但离线误差补偿需要工件的二次定位装夹，容易产生二次定位误差。对在线实时补偿技术也进行了相当多的研究，但应用在线实时补偿的成本高、实施复杂。实时检测的优势是可以对正在加工的零件实施及时的修正与补偿质量缺陷的活动，以消除废次品的产生。在自动化制造中，典型的实时检测是利用自动化检测传感器进行100％检测，例如刀片周边磨削时，利用装于磨床上的声发射接触传感器和尺寸检测装置，在磨削过程中实施检测，直到合格时才停止加工，自动卸下工件，并记录下检测结果。就目前的技术和产品支撑条件而言，配置实时检测常常比较困难（使装备复杂化）而又昂贵，除了少数关键装备外，若要普遍配置，则要求花费相当多投资，且在现在与将来的市场条件下，不一定能收回这些投资。

形位误差原位补偿是在制造过程刚一完成就立即在机床上进行测量，根据测量结果得到曲面的形位误差，在机床的原有装夹位置对其中的系统误差进行补偿加工。一般情况下，系统误差远大于随机误差，同时系统误差又是有确定性规律的误差，因此，对加工过程中的系统误差进行补偿，是进行形位误差补偿的可行办法。虽然在线检测方式将占据一定的生产时间，但工件超差后无需进行二次定位装夹，从产品加工的整体来看，仍将有助于生产效率和产品质量的保证。检测过程和形位误差补偿过程直接在同一台数控机床上进行，避免了零件多次装夹所带来的定位误差。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种可以提高被加工曲面的加工精度的曲面零件的形位误差原位补偿加工方法。本发明克服了目前复杂曲面零件误差补偿中存在的在三坐标测量机上对曲面零件进行形位误差离线检测后，若误差超过设定值需重新在数控铣床上装夹工件才能进行补偿加工的缺点，使检测过程和误差补偿过程直接在同一台数控机床上进行，避免了零件多次装夹所带来的定位误差，使加工和检测集成在一起，有效地提高了生产效率。

本发明的技术方案是：本发明的一种曲面零件的形位误差原位补偿加工方法，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。

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。

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。

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：