轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法及装置。本发明专利技术的方法包括：用圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的形状误差数据；对形状误差数据进行滤波处理；针对处理后的形状误差数据，选取合适尺寸的磁流变抛光轮，在给定加工参数下用轴类磁流变修形机床对待加工轴类零件进行加工，获取去除函数；根据处理后的形状误差数据和获取的去除函数，在工艺软件中解算驻留时间进行仿真加工直到满足要求；利用工艺软件生成数控机床的加工代码，将加工代码导入轴类磁流变修形机床进行加工。本发明专利技术将平面和自由曲面零件上的磁流变确定性修形方法应用于轴类零件的柱面超高精度修形，以满足超精密外圆磨削无法实现的高精度零件加工需求。

The method and device of magnetorheological determinate modification for the cylindrical surface of shaft parts

【技术实现步骤摘要】
轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法及装置
本专利技术涉及轴类零件外圆表面的超精密加工领域，尤其涉及一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法及装置。
技术介绍
轴类零件被广泛用于各类机械设备，自20世纪以来，随着工业的高速发展，高精度轴类零件被广泛用于超精密机床、精密仪器、航天工业、高端光学制造等领域。如超精密机床中的主轴、EUV和X射线wolter型掠入式反射镜筒芯模、超高精度陀螺仪的转子等都对轴类零件有超高精度的加工要求。以气浮主轴芯轴为例，目前的超精密机床主轴回转精度可达25～50nm，能达到此回转精度的轴要求圆度误差在0.1μm、圆柱度误差1μm左右；而EUV掠入式反射镜镜筒芯模要求圆度误差达到亚微米级、表面粗糙度要达到纳米级，X射线反射镜筒精度要求则更高。目前高精度轴类零件工艺一般可由车削、磨削、手工研磨抛光几个工序组成，其中穿插有各类表面处理。以φ100mm*150mm的轴工件为例，当今超精密外圆磨床的加工极限精度可达圆度误差0.2～0.3μm，圆柱度0.5～0.6μm。由于传统机械加工方式遵循“母性原则”，加工出的零件精度不会超过机床自身运动精度，所以要想追求更高精度则对机床提出了过高要求，最终往往依赖人工研磨的方式实现。手工研磨是非确定性加工，研磨精度高度依赖于工人的加工经验，加工效率低下。国防科技大学公开号CN110202418A专利公开了一种轴类零件外圆表面的确定性砂带修形方法，将确定性修形方法引入到轴类零件的修形中。该方法对测量得到的面形误差数据使用脉冲迭代法进行驻留时间的解算，采用沿着平行于工件轴线方向振动的砂带进行材料去除，在一台改造后的数控车床上实现了可达高精度外圆磨床加工精度的加工效果。为保证砂带研抛去除函数的稳定性以及较好的修形效率，修形采用开式砂带。当面对表面积较大的轴类零件时，一卷砂带无法实现遍历整个轴表面的加工。磁流变抛光技术是由美国QED公司产品化的新型光学元件高精度加工方法，有高加工精度、高加工效率、亚表面损伤小、表面残余应力小、长时间加工稳定性好等优点，可以满足高形状精度和高表面质量的零件加工要求，因此目前磁流变修形被广泛用于平面和自由曲面光学元件的高精度修形。磁流变修形可用于单晶硅、碳化硅、铝及其合金，以及不导磁的不锈钢等材料的修形。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法及装置，将平面和自由曲面磁流变修形技术引入到轴类零件修形中，通过数控系统控制表面每一个位置的驻留时间实现该位置的定量去除，确定性修正轴类工件的轮廓形状，可以实现超过机床自身运动精度的加工效果，同时能达到很好的表面质量。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法，包括以下步骤：1)用圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的形状误差数据；2)对形状误差数据进行滤波处理；3)针对处理后的形状误差数据，选取合适尺寸的磁流变抛光轮，在给定加工参数下用轴类磁流变修形机床对待加工轴类零件进行加工，获取去除函数；4)根据处理后的形状误差数据和获取的去除函数，在工艺软件中解算驻留时间进行仿真加工，若精度达到要求且机床动态性能满足要求，则进入步骤5)，否则返回步骤3)；5)利用工艺软件生成数控机床的加工代码，将加工代码导入轴类磁流变修形机床进行加工。进一步的，步骤1)具体包括以下步骤：1.1)在待加工轴类零件上标记测量起点，测量起点同时作为加工起点；1.2)从测量起点开始对待加工轴类零件进行多圆度测量得到测量数据，多圆度测量的相邻截面间距为5～10mm；1.3)将测量数据在圆柱度仪测量软件和工艺软件中计算得到圆度误差数据和圆柱度误差数据，在工艺软件中将测量数据处理得到展开的待加工轴类零件柱面误差形貌图。进一步的，步骤2)具体包括以下步骤：2.1)对形状误差数据进行不同阈值的高斯低通滤波，在滤波后将数据展开绘制误差分布图，提取误差分布图中误差幅值超过目标精度的位置和存在的主要频率区间，确定滤波参数范围T1；2.2)结合零件设计和加工工况对表面形貌的要求得到滤波参数范围T2；2.3)以T2为最终滤波范围T的基准，结合T1的滤波参数范围对最终滤波范围T的范围进行调整后得到最终滤波范围T，利用最终滤波范围T对形状误差数据进行滤波处理。进一步的，步骤3)具体包括以下步骤：3.1)利用傅里叶变换求得处理后的形状误差数据中圆度误差数据的归一幅值谱，将最大幅值10％处对应的频率作为轴类零件圆周方向的轮廓截止频率；3.2)利用傅里叶变换求得处理后的形状误差数据中圆柱度误差数据的归一幅值谱，将最大幅值10％处对应的频率作为轴类零件沿轴向的轮廓截止频率；3.3)根据轴类零件沿轴向和圆周方向的轮廓截止频率，选取相对应的磁流变抛光轮的直径和宽度；3.4)将被选取的磁流变抛光轮安装在轴类磁流变修形机床上，调整加工参数，在加工参数下通过轴类磁流变修形机床对待加工轴类零件进行定点去除，获取去除函数。进一步的，步骤4)具体包括以下步骤：4.1)用圆柱度仪对加工后的轴类零件进行测量，提取去除函数；4.2)将去除函数导入工艺软件进行仿真加工，如果加工结果不满足精度要求，则跳转执行步骤3.3)开始重新选取磁流变抛光轮的直径、宽度并重新调整加工参数，如果满足则进入下一步；4.3)对工艺软件解算出的驻留时间进行处理，判断轴类零件主轴转速、平行于主轴方向的Z轴移动速度和垂直于主轴方向的X轴移动速度是否超过了机床主轴、Z轴和X轴的最高运动速度，如果超过则跳转执行步骤3.3)开始重新选取磁流变抛光轮的直径、宽度并重新调整加工参数，如果没超过则跳转执行步骤5)。本专利技术还提出一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形装置，包括轴类磁流变修形机床，所述轴类磁流变修形机床为安装有磁流变确定性修形模块的数控机床，所述数控机床包括C轴主轴、尾座、Z轴溜板和X轴溜板，所述C轴主轴和尾座之间设有用于安装被加工的轴类零件的空隙，所述C轴主轴和尾座上分别设有相对布置的顶尖，所述磁流变确定性修形模块安装于X轴溜板上，所述X轴溜板安装于Z轴溜板上，所述磁流变确定性修形模块包括表面覆盖有磁流变液的磁流变抛光轮，所述磁流变抛光轮与被加工的轴类零件接触。进一步的，所述磁流变确定性修形模块包括磁流变液循环系统。本专利技术还提出一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程或配置以执行权利要上述的轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法的步骤。本专利技术还提出一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形系统，包括计算机设备，所述计算机设备的存储介质上存储有或配置以执行上述的轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法的计算机程序。本专利技术还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行上述的轴类零件外圆表面的磁流变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)用圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的形状误差数据；/n2)对形状误差数据进行滤波处理；/n3)针对处理后的形状误差数据，选取合适尺寸的磁流变抛光轮，在给定加工参数下用轴类磁流变修形机床对待加工轴类零件进行加工，获取去除函数；/n4)根据处理后的形状误差数据和获取的去除函数，在工艺软件中解算驻留时间进行仿真加工，若精度达到要求且机床动态性能满足要求，则进入步骤5)，否则返回步骤3)；/n5)利用工艺软件生成数控机床的加工代码，将加工代码导入轴类磁流变修形机床进行加工。/n

【技术特征摘要】
1.一种轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)用圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的形状误差数据；
2)对形状误差数据进行滤波处理；
3)针对处理后的形状误差数据，选取合适尺寸的磁流变抛光轮，在给定加工参数下用轴类磁流变修形机床对待加工轴类零件进行加工，获取去除函数；
4)根据处理后的形状误差数据和获取的去除函数，在工艺软件中解算驻留时间进行仿真加工，若精度达到要求且机床动态性能满足要求，则进入步骤5)，否则返回步骤3)；
5)利用工艺软件生成数控机床的加工代码，将加工代码导入轴类磁流变修形机床进行加工。


2.根据权利要求1所述的轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法，其特征在于，步骤1)具体包括以下步骤：
1.1)在待加工轴类零件上标记测量起点，测量起点同时作为加工起点；
1.2)从测量起点开始对待加工轴类零件进行多圆度测量得到测量数据，多圆度测量的相邻截面间距为5～10mm；
1.3)将测量数据在圆柱度仪测量软件和工艺软件中计算得到圆度误差数据和圆柱度误差数据，在工艺软件中将测量数据处理得到展开的待加工轴类零件柱面误差形貌图。


3.根据权利要求1所述的轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：
2.1)对形状误差数据进行不同阈值的高斯低通滤波，在滤波后将数据展开绘制误差分布图，提取误差分布图中误差幅值超过目标精度的位置和存在的主要频率区间，确定滤波参数范围T1；
2.2)结合零件设计和加工工况对表面形貌的要求得到滤波参数范围T2；
2.3)以T2为最终滤波范围T的基准，结合T1的滤波参数范围对最终滤波范围T的范围进行调整后得到最终滤波范围T，利用最终滤波范围T对形状误差数据进行滤波处理。


4.根据权利要求1所述的轴类零件外圆表面的磁流变确定性修形方法，其特征在于，步骤3)具体包括以下步骤：
3.1)利用傅里叶变换求得处理后的形状误差数据中圆度误差数据的归一幅值谱，将最大幅值10％处对应的频率作为轴类零件圆周方向的轮廓截止频率；
3.2)利用傅里叶变换求得处理后的形状误差数据中圆柱度误差数据的归一幅值谱，将最大幅值10％处对应的频率作为轴类零件沿轴向的轮廓截止频率；
3.3)根据轴类零件沿轴向和圆周方向的轮廓截止频率，选取相对应的磁流变抛光轮的直径和宽度；
3.4)将被选取的磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡皓，彭小强，戴一帆，孙梓洲，关朝亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43