基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法，其通过依次进行的将初始毛坯件加工至留有一定余量处、利用在机检测系统得到相应采样点处的加工误差ek和实际切削深度值yk、计算得到补偿系数αk进而得到下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1、最终利用三次样条插值方法按照插值区间大小生成有限个插值点，以得到最优刀具加工路径；该方法以在机检测数据为基础，通过引入补偿系数建立优化的镜像误差补偿模型，并结合三次样条插值方法生成足够多插值点以得到最优刀具加工路径，进而简化薄壁件的加工误差补偿模型，提高补偿效率，保证加工精度。

【技术实现步骤摘要】
基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法
本专利技术涉及机床精密切削加工
，特别涉及一种基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法。
技术介绍
随着数控加工技术的日新月异，在模具制造、光学器械、航空航天、医疗等领域对于薄壁件的加工精度要求越来越高，是否可以生产高精度产品已经成为衡量一个国家制造业水平的标准。在实际的切削过程中，刀具和工件之间的相对运动产生的力热耦合作用使刀具产生不断地弹塑性变形，以及严重的振动现象，导致工件加工后的实际表面与加工前设计表面之间具有一个偏差值，该偏差值最终以加工误差的形式表示出来。过大的加工误差会影响产品的质量，甚至造成资源浪费。因此，对薄壁件进行必要的加工误差补偿是十分重要的。现有的薄壁件加工误差补偿方法主要有以下几种，其一是利用零件三维模型进行误差补偿，已公开专利申请201510192630.8提供了一种薄壁零件的铣削变形在线测量与补偿加工方法，该方法通过对比零件的三维模型与对应测点的实际尺寸，计算出该零件的偏差值，并以此为基础施以补偿系数优化加工轨迹，从而进行补偿加工；其二是利用迭代的思想进行补偿加工，已公开专利申请201611251817.1提供了一种基于学习算法的航空发动机薄壁叶片加工误差补偿方法，该方法采用泰勒展开、牛顿迭代及叶片工艺柔度相结合的算法，建立误差补偿模型，并以为基础进行误差补偿；其三是利用有限元法进行误差补偿，已公开专利申请201710454083.5提供了一种硬脆材料薄壁零件切削加工误差补偿方法，该方法通过建立切削硬脆材料的有限元模型，在有限元软件中计算出零件每一离散位置的变形量，并以该变形量为误差补偿值，生成带有误差补偿功能的数控加工程序。然而，上述三种方法存在的缺陷在于：第一，补偿过程复杂，特别是迭代法和有限元法，需要建立繁琐的数学公式或力学模型，补偿效率低，不利于实际生产中的应用；第二，忽略了补偿量对加工变形的耦合作用，使补偿过程中产生的累积误差未能得到及时的补偿，在一定程度上影响了补偿效果；第三，未对各离散位置的补偿值做光滑处理，补偿后工件表面易呈现出细微的“阶梯状”，进而影响加工精度。因此有必要研发一种能够解决上述缺陷的薄壁件加工误差补偿方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有加工误差补偿方法中存在的补偿过程复杂、补偿效率低以及忽略补偿量对加工变形的影响等缺陷，提供一种基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法。为此，本专利技术技术方案如下：一种基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法，步骤如下：S1、将初始毛坯件加工至留有一定余量处；S2、利用在机检测系统，在完成步骤S1后的工件表面按照一定采样点序列检测工件表面的加工误差ek＝{ek1、ek2、…、ekn}，并计算出对应采样点序列的实际切削深度值yk＝{yk1、yk2、…、ykn}；S3、基于镜像法建立优化的误差补偿模型：S301、将步骤S2得到的n个采样点的加工误差和实际切削深度值代入补偿系数αk的计算公式：得到n个采样点的补偿系数α＝{ak1、ak2、…、akn}；其中，xk为进行步骤S1时，n个采样点前一次切削加工下的名义切削深度，xk＝{xk1、xk2、…、xkn}；S302、将补偿系数α代入镜像法补偿公式：xk+1＝xk+αk·ek式(2)，进行误差补偿优化，得到下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1；其中，xk+1＝{xk1+1、xk2+1、…、xkn+1}；S4、以步骤S3得到的n个采样点在下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1作为插值节点，利用三次样条插值方法按照插值区间大小生成有限个插值点，以得到最优刀具加工路径；S5、根据步骤S4得到的最优刀具加工路径完成补偿加工，并利用在机检测系统对加工补偿面进行加工误差检测：1)若加工误差的最大值落入公差范围内，则停止补偿加工，工件加工完毕；2)若加工误差的最大值超过公差范围，则重复上述步骤S2～S4，直至加工误差的最大值落入公差范围内。进一步地，在上述步骤S1中，初始毛坯件的加工余量通常为2～3mm。进一步地，在上述步骤S2中，采样点的设置原则为：每间隔5～10mm设置一个采样点。进一步地，在上述步骤S4的具体步骤为：S401、将步骤S3得到的n个名义切削深度xk+1作为给定插值节点，其中，a＝xk1+1<xk2+1<…<xkn+1＝b，[a,b]为插值区间；S402、将上述插值节点带入插值函数方程：Si(x)＝ai+bi(x-xi)+ci(x-xi)2+di(x-xi)3式(3)，其中，在式(3)中，ai、bi、ci和di为常数，i＝{0、1、…、n}；该三次样条插值函数为不超过三次的多项式，其二阶可导且连续，所述插值区间的边界插值节点的xkn+1和xkn+1的一阶导数值相等、二阶导函数值为0。S403、依据上述插值函数的边界条件建立方程组，联立求解得到n个插值节点的三次样条插值函数值。进一步地，在步骤S4中，在每两个插值节点之间生成1～3个差值点。与现有技术相比，该基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法在优化镜像补偿方法的同时，并结合三次样条插值方法进行加工误差补偿，补偿过程简单，且相较传统镜像补偿法，有效提高了补偿加工的精度，同时减少了补偿次数；在实际生产中，对于批量生产加工的情形，在形成相对稳定的工艺流程、规范后，在切削参数不变的情况下，加工误差分布会呈现一定的规律，可利用此方法计算小批量工件补偿加工时的切削深度名义值，进行统计分析后得出最优的通用补偿加工程序，用于后序大批量工件的生产加工中，以提高生产效率。附图说明图1为本专利技术的基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法的流程示意图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的说明，但下述实施例绝非对本专利技术有任何限制。以下以薄壁铝合金工件为例，对其采用于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法进行误差补偿加工的过程详细说明如下：如图1所示，该薄壁件加工误差补偿方法的步骤如下：S1、将初始毛坯件加工至留有一定余量3mm处；S2、利用在机检测系统，在完成步骤S1后的工件表面按照一定采样点序列检测工件表面的加工误差ek＝{ek1、ek2、…、ekn}，并计算出对应采样点序列的实际切削深度值yk＝{yk1、yk2、…、ykn}；具体地，采样点沿工件加工表面的长度延伸方向每间隔10mm设置一个；S3、基于镜像法建立优化的误差补偿模型：S301、将步骤S2得到的各采样点的加工误差和实际切削深度值代入补偿系数αk的计算公式(1)：得到各采样点的补偿系数α＝{ak1、ak2、…、akn}；其中，xk为进行步骤S1时，各采样点前一次切削加工下的名义切削深度，xk＝{xk1、xk2、…、xkn}；S302、将补偿系数α代入镜像法补偿公式，则优化的误差补偿通用计算公式为(2)：xk+1＝xk+αk·ek，得到下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1；其中，xk+1＝{xk1+1、xk2+1、…、xkn+1}；S4、以步骤S3得到的各采样点在下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1作为插值节点，利用三次样条插值方法按照插值区间大小生成有限个插值点，即每两个插值节点之间生成1～3个差值点，得到最优刀具加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法，其特征在于，步骤如下：S1、将初始毛坯件加工至留有一定余量处；S2、利用在机检测系统，在完成步骤S1后的工件表面按照一定采样点序列检测工件表面的加工误差ek＝{ek1、ek2、…、ekn}，并计算出对应采样点序列的实际切削深度值yk＝{yk1、yk2、…、ykn}；S3、基于镜像法建立优化的误差补偿模型：S301、将步骤S2得到的n个采样点的加工误差和实际切削深度值代入补偿系数αk的计算公式：

【技术特征摘要】
1.一种基于镜像法和三次样条插值的薄壁件加工误差补偿方法，其特征在于，步骤如下：S1、将初始毛坯件加工至留有一定余量处；S2、利用在机检测系统，在完成步骤S1后的工件表面按照一定采样点序列检测工件表面的加工误差ek＝{ek1、ek2、…、ekn}，并计算出对应采样点序列的实际切削深度值yk＝{yk1、yk2、…、ykn}；S3、基于镜像法建立优化的误差补偿模型：S301、将步骤S2得到的n个采样点的加工误差和实际切削深度值代入补偿系数αk的计算公式：得到n个采样点的补偿系数α＝{ak1、ak2、…、akn}；其中，xk为进行步骤S1时，n个采样点前一次切削加工下的名义切削深度，xk＝{xk1、xk2、…、xkn}；S302、将补偿系数α代入镜像法补偿公式：xk+1＝xk+αk·ek式(2)，进行误差补偿优化，得到下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1＝{xk1+1、xk2+1、…、xkn+1}；S4、以步骤S3得到的n个采样点在下一次补偿加工时的名义切削深度xk+1作为插值节点，利用三次样条插值方法按照插值区间大小生成有限个插值点，以得到最优刀具加工路径；S5、根据步骤S4得到的最优刀具加工路径完成补偿加工，并利用在机检测系统对加工补偿面进行加工误差检测：1)若加工误差的最大值落入公差范围内，则停止补偿加工，工件加工完毕；2)若加工误差的最大值超过公差范围，则重复上...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振忠，朱海星，刘高领，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12