轴类零件外圆圆度确定性修形方法技术

本发明专利技术公开了一种轴类零件外圆圆度确定性修形方法，包括：测量待加工轴类零件表面的圆度误差；对测量数据进行滤波处理；对处理后的测量数据计算得到被加工面形的截止频率和形貌特征；利用去除函数生成算法生成对应的仿真去除函数；利用仿真去除函数进行仿真加工并验证效果直到圆度误差达到要求；在与待加工轴类零件相同材料和直径的柱面上进行加工并获取实际去除函数；利用实际去除函数进行仿真加工直到圆度误差达到要求；将仿真加工软件生成的数控代码导入数控系统，利用确定性砂带研抛机床对待加工轴类零件进行加工。本发明专利技术对被加工面形最优处理并量身定做去除函数，可以提高修形效率和修形精度。

【技术实现步骤摘要】
轴类零件外圆圆度确定性修形方法
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圆度确定性修形方法。
技术介绍
航天工业、精密光学、精密仪器、医疗机械等领域的高速发展都需要超精密加工技术的支持。作为超精密加工最重要、最基本的加工设备，超精密机床的需求越来越大。气浮主轴作为超精密机床核心部件之一，具有摩擦阻力小、回转精度高、振动噪音小等优势，在超精密加工和测量领域得到了广泛应用。目前的气浮主轴回转精度可达15～25nm，主轴的轴芯和轴颈处的圆度误差和圆柱度误差是影响主轴回转精度的主要因素。因此，降低主轴加工的圆度误差和圆柱度误差对于提高超精密机床主轴的回转精度非常关键。以Precitech公司超精密车床中的SP150芯轴为例，其芯轴的圆度误差在0.1μm级别，圆柱度误差在1μm级别。目前超高精度轴类零件的加工工艺一般由车削、磨削和手工研磨抛光几个工序组成，其中穿插有各类表面处理。当前主要的机械加工方式都遵循“母性原则”，如要进一步提升轴芯的制造精度，对传统的机床零部件精度要求太高，往往只能通过手工研磨实现。手工研磨是非确定性加工，每一次研磨的去除量都高度依赖于工人的加工经验，加工效率低。将平面和自由曲面确定性修形理论引入到轴类零件修形中，采用砂带振动磨削的方式进行材料去除，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，已经实现了最佳0.25μm圆度的自动化确定性修形，水平可达国产高精密外圆磨床精度。但是由于轴的误差评价方式和传统平面与自由曲面有所不同，去除函数的生成机理也与其他确定性修形去除函数不同。上述轴类零件确定性修形理论还未对面形误差处理方法提供依据，未对砂带研抛去除函数的生成机理和调控手段进行研究，未能实现0.1μm级别的超高精度圆度修形。因此需要在现有的修形方法上进行修改和完善。
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圆度确定性修形方法，实现0.1μm级别的超高精度圆度修形。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种轴类零件外圆圆度确定性修形方法，基于修形能力分析控制进行外圆圆度确定性修形包括以下步骤：1)通过圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的多截面圆度误差数据；2)对各圆度误差数据进行形貌特征提取和滤波特征曲线绘制，结合设计要求仿真得到最佳滤波参数的范围T；3)利用滤波参数的范围T对各圆度误差数据进行滤波处理；4)对滤波处理后的各圆度误差数据计算得到被加工面形的截止频率和形貌特征；5)针对被加工面形的截止频率和形貌特征利用去除函数生成算法生成对应的仿真去除函数；6)利用仿真去除函数进行仿真加工并验证效果，若圆度误差达到要求，进入步骤7)，若圆度误差未达到要求，返回步骤5)；7)利用去除函数生成算法的加工参数在与待加工轴类零件相同材料和直径的柱面上进行加工，加工后使用圆柱度仪对加工后的表面进行检测，将被加工过区域的测量数据导出并获取实际去除函数；8)测量提取得到实际去除函数的数据进行仿真加工，若圆度误差达到要求，进入步骤9)，若圆度误差未达到要求，返回步骤5)；9)将仿真加工软件生成的数控代码导入数控系统，利用确定性砂带研抛机床对待加工轴类零件进行加工。进一步的，步骤2)具体包括以下步骤：2.1)对各圆度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圆度误差图，根据每个圆度误差图中误差值超过0.1μm的位置和存在的主要频率区间确定滤波参数的范围T1；2.2)计算不同滤波参数下待加工轴类零件柱面上的圆度误差数据，并绘制滤波参数和圆度误差数据的函数关系图，根据函数曲线特征确定滤波参数的范围T2；2.3)结合待加工轴类零件的设计，根据待加工轴类零件回转精度与圆度误差数据波动的关系得到滤波参数的范围T3；2.4)在T1、T2和T3中选取与轴本身的轮廓属性相关性最大的范围作为高斯滤波器的最佳滤波参数的范围T的基准，结合其余两个滤波范围对T的范围进行调整。进一步的，步骤4)具体包括以下步骤：4.1)利用傅里叶变换计算得到经过滤波处理后的各圆度误差数据的归一幅值谱，将归一幅值谱中目标幅值对应的频率作为圆度误差数据截止频率；4.2)分析轴类零件的测量轮廓上误差高点和误差低点分布及轮廓误差高点和误差低点所占比例。进一步的，步骤4.1)中目标幅值为最大幅值的10％。进一步的，步骤5)具体包括以下步骤：5.1)根据圆度误差数据截止频率选定去除函数轮廓的目标截止频率；5.2)根据轴类零件的测量轮廓上高点和低点分布选定去除函数单位时间的目标去除效率，若测量轮廓以误差高点为主，选用较低的单位时间去除效率，若测量轮廓以误差低点为主，选用较高的单位时间去除效率；5.3)在工艺软件中，保持加工参数中的接触压强p、砂带粒度和砂带振动频率fv不变，调整砂带类型和加工参数中的砂带更新速度v调控去除函数的截止频率达到目标截止频率，保持加工参数中的砂带更新速度v不变，调整加工参数中的砂带振动频率fv、砂带粒度和接触压强p调控去除函数单位时间的去除效率达到目标去除效率。本专利技术还提出一种基于修形能力分析控制的轴类零件外圆度确定性修形系统，包括计算机设备，所述计算机设备被编程或配置以执行上述的轴类零件外圆圆度确定性修形方法的步骤。本专利技术还提出一种基于修形能力分析控制的轴类零件外圆度确定性修形系统，其特征在于，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圆度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圆度确定性修形方法的计算机程序。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术基于修形能力分析控制，对轴类零件的圆柱面进行针对性的误差处理和去除函数定制，通过脉冲迭代法解算驻留时间，通过确定性研抛设备精确控制在轴上每一个位置的驻留时间，误差高点多去除、误差低点少去除，利用详细的数据分析得出影响0.1μm圆度的关键因素，在保证轴表面误差辨识度的同时降低机床性能要求，利用生成机理调控得到的定制去除函数具备更好的修形精度和更高的修形效率，同时降低了加工定位误差对修形精度的影响。而之前的被加工轴表面测量数据处理方法并未有明确依据，造成了在解算去除函数驻留时间的时候出现轴表面部分位置需要的速度和加速度超过机床动态性能，进而影响修形精度；同时之前加工所用的去除函数只是通过几组实验得到，并不是最适合加工的去除函数，其过高的截止频率导致经过几次迭代修形后轴表面出现中高频分量，受定位误差影响更敏感，圆度误差达到0.25μm后无法继续突破。附图说明图1为本专利技术实施例方法的基本流程示意图。图2为本专利技术实施例不同阈值的高斯低通滤波下的圆度误差数据展开图。图3为本专利技术实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轴类零件外圆圆度确定性修形方法，其特征在于，基于修形能力分析控制进行外圆圆度确定性修形包括以下步骤：/n1)通过圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的多截面圆度误差数据；/n2)对各圆度误差数据进行形貌特征提取和滤波特征曲线绘制，结合设计要求仿真得到最佳滤波参数的范围T；/n3)利用滤波参数的范围T对各圆度误差数据进行滤波处理；/n4)对滤波处理后的各圆度误差数据计算得到被加工面形的截止频率和形貌特征；/n5)针对被加工面形的截止频率和形貌特征利用去除函数生成算法生成对应的仿真去除函数；/n6)利用仿真去除函数进行仿真加工并验证效果，若圆度误差达到要求，进入步骤7)，若圆度误差未达到要求，返回步骤5)；/n7)利用去除函数生成算法的加工参数在与待加工轴类零件相同材料和直径的柱面上进行加工，加工后使用圆柱度仪对加工后的表面进行检测，将被加工过区域的测量数据导出并获取实际去除函数；/n8)测量提取得到实际去除函数的数据进行仿真加工，若圆度误差达到要求，进入步骤9)，若圆度误差未达到要求，返回步骤5)；/n9)将仿真加工软件生成的数控代码导入数控系统，利用确定性砂带研抛机床对待加工轴类零件进行加工。/n...

【技术特征摘要】
1.一种轴类零件外圆圆度确定性修形方法，其特征在于，基于修形能力分析控制进行外圆圆度确定性修形包括以下步骤：
1)通过圆柱度仪测量得到待加工轴类零件表面的多截面圆度误差数据；
2)对各圆度误差数据进行形貌特征提取和滤波特征曲线绘制，结合设计要求仿真得到最佳滤波参数的范围T；
3)利用滤波参数的范围T对各圆度误差数据进行滤波处理；
4)对滤波处理后的各圆度误差数据计算得到被加工面形的截止频率和形貌特征；
5)针对被加工面形的截止频率和形貌特征利用去除函数生成算法生成对应的仿真去除函数；
6)利用仿真去除函数进行仿真加工并验证效果，若圆度误差达到要求，进入步骤7)，若圆度误差未达到要求，返回步骤5)；
7)利用去除函数生成算法的加工参数在与待加工轴类零件相同材料和直径的柱面上进行加工，加工后使用圆柱度仪对加工后的表面进行检测，将被加工过区域的测量数据导出并获取实际去除函数；
8)测量提取得到实际去除函数的数据进行仿真加工，若圆度误差达到要求，进入步骤9)，若圆度误差未达到要求，返回步骤5)；
9)将仿真加工软件生成的数控代码导入数控系统，利用确定性砂带研抛机床对待加工轴类零件进行加工。


2.根据权利要求1所述的轴类零件外圆圆度确定性修形方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：
2.1)对各圆度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圆度误差图，根据每个圆度误差图中误差值超过0.1μm的位置和存在的主要频率区间确定滤波参数的范围T1；
2.2)计算不同滤波参数下待加工轴类零件柱面上的圆度误差数据，并绘制滤波参数和圆度误差数据的函数关系图，根据函数曲线特征确定滤波参数的范围T2；
2.3)结合待加工轴类零件的设计，根据待加工轴类零件回转精度与圆度误差数据波动的关系得到滤波参数的范围T3；
2.4)在T1、T2和T3中选取与轴本身的轮廓属性相关性最大的范围作为得到高斯滤波器的最佳滤波参数的范围T的基准，结合其余两个滤波范围对T的范围进行调整。...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴一帆，关朝亮，孙梓洲，胡皓，彭小强，
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