[发明专利]基于“X”形航空薄壁标准试件的数控加工机床优选方法

说明书

本发明涉及一种基于“X”形航空薄壁标准件的数控加工机床优选方法，具体步骤是：（1）对于待加工零件进行有限元模拟切削分析，计算出待加工零件的加工难度系数；（2）再通过机床加工难度系数与工件复杂度等级差映射关系表，对零件的加工难度进行划分；（3）通过对待加工零件的加工难度系数等级划分，选择相对应的待加工机床，既可以避免使用加工精度不够的机床加工，又可以避免使用精度过高的机床。可以满足零件的加工精度要求，还可以极大地节省成本与资源。

技术领域

本发明涉及一种航天航空、汽车、船舶及核电等关键件在多品种、小批量等加工方法，尤其是一种综合检测数控机床加工精度的方法。

背景技术

五轴联动数控机床在航空航天、汽车制造等先进制造业中的地位和整体技术水平过程中所起的作用十分巨大。所以，对于五轴数控机床的加工精度提出很高的要求。检测数控机床加工精度方法主要有直接测量法和间接测量法，直接测量法就是利用各种测量精度的工具对机床的加工精度进行直接测量；间接测量法基本就是用机床对标准的机械试件进行加工，通过分析标准试件的加工精度是否达到标准试件的精度标准，来推断待加工机床是否达到性能标准要求，并且根据具体的加工精度对比相应的测试标准值，用来判断机床的综合精度是否达到性能标准要求。

目前，五轴联动数控机床误差辨识的思路是通过机床加工误差的检测与评定，来评价机床的加工性能。目前比较常用的五轴数控机床误差表示方法主要有以下几种：

方法1.基于球杆仪的误差辨识方法：球杆仪的两端有高精度钢球组成，一端固定，另一端连接着一个高精度位移传感器。两个钢球两端通过三点定位的磁性吸座进行定位，一端吸附在主轴上，另一端则吸附在工作台上，如图3所示。其主要是用于测量数控机床两周联动精度的测量，分别可以测量X-Y，X-Z和Y-Z平面的两轴联动精度。当工作台相对于主轴作圆周插补运动时，形成一个模拟切削的圆弧轨迹，传感器采集两钢球间距离的变化并传递给计算机，经过软件诊断分析，得到两轴联动的圆度精度并分离出各种单项误差，如反向间隙、反向跃冲、伺服不匹配、比例不匹配、直线度、垂直度、周期误差以及横向间隙等。

方法2：基于NAS979(美国国家宇航标准)检测试件的误差方法：美国NAS979制定了“圆形-菱形-方形”形试件切削试验标准，通过试切该检测试件，分别检测机床沿X坐标的直线度，X、Y、Z坐标之间的垂直度，以及数控插补的直线度、圆度和X-Y平面上孔的位置精度等。因为机床各坐标轴的误差与行程之间存在线性关系，该标准可依据机床各坐标的行程范围，以确定切削试件的相应尺寸。这样使得利用小尺寸试件检测大行程的工作精度更加合理

方法3：基于“S”形试件的五轴数控机床的误差辨识方法：基于三坐标机测量得到的“S”形试件法向误差逆向溯源出对机床加工产生主要影响的机床因素，并且通过神经网络进一步确定了主要因素对机床精度的影响水平。因此，采用该方法不仅能够对机床精度进行评判，而且当机床精度达不到要求时还能给出机床精度的优化方案，从量值上对影响机床精度的相关因素进行调整，从而达到机床各部件的高精度要求。

方法4：基于激光干涉仪的九线辨识法：九线辨识法的精髓在于只检查机床工作台坐标系中九条直线上的位置误差和直线度误差，可以实现对机床二十一项基本几何误差的辨识。首先选择三个平动轴中的一个平动轴运动，而另外两个轴保持静止，在工作台坐标系中选择三条直线，测量出三条直线上各点的位移误差，在测量另一条直线误差的同时，测量出一个方向的直线度误差，基于测量出来的直线度误差和位移误差建立起六个线性方程，求解方程组就可以得到运动轴的六项基本误差，同理便可以求解出另外两个平动轴的十二项基本误差。最后通过读取激光干涉仪在测量直线度误差时直线偏离基准的修正角便可以得到3项垂直误差。

综上可知，现有辨识方法的主要缺点为：目前的数控机床误差辨识方法并不能全面反应机床的切削加工性能，而且主要是在空载低速的情况下对机床的静态因素进行辨识。无论以上哪一种辨识方法都是要先用待加工机床对零件进行加工，加工结束后再对零件进行精度测量，或者在加工的过程中对零件进行精度检测，远远不能满足现代加工的需求。