凸轮轴数控磨削轮廓误差补偿方法技术

本发明专利技术公开了一种凸轮轴数控磨削轮廓误差补偿方法，ａ．通过多次试切加工，对加工后凸轮片轮廓线进行离线测量，获取实际轮廓线数据－－升程；ｂ．通过对比理论升程和实测升程数据大小，求解整个凸轮片一周的升程误差值，分析升程误差，预测误差；ｃ．构建虚拟升程表并对虚拟升程进行二次光顺处理；ｄ．采用经后处理的虚拟升程表取代原有升程表，进行相同工艺条件下，与该试切凸轮轴同型号的凸轮轴的数控加工。基于以上步骤，编程开发了凸轮轴数控磨削误差分析与补偿处理软件，实现了技术方法的智能化、自动化应用，加工出的凸轮片整个轮廓段的升程误差值整体减小，型线精度明显提高，轮廓表面没有出现烧伤和波纹度，表面质量较好。误差补偿效果十分显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种误差补偿方法，特别是涉及一种凸轮轴数控磨削加工过程中的 轮廓误差补偿方法。
技术介绍
凸轮轴是发动机主要零件之一，用于控制发动机的进气和排气，其型线精度对 发动机性能的影响是极其关键的，凸轮轴的加工质量和加工效率直接影响到汽车产 品的质量和汽车工业的发展。加工精度是凸轮轴磨削加工最重要技术指标之一，提 高加工精度的方法主要有误差防止和误差补偿。误差防止是通过提高机床硬件精 度来实现高精度加工，这种方法代价高，不经济，而且加工精度达到一定程度后就 很难再提高。而误差补偿是通过对整个加工过程进行分析和建模，并人为地在系统 中加入一种新的原始误差去减少、抵消原有的原始误差，该方法经济实用，在现代 高精加工研究与应用中具有重要的意义。影响凸轮轮廓误差因素有很多，其中包括机床机械精度、控制系统控制参数、 环境温度、位置伺服系统特性和控制精度以及仿形建模的准确程度等等。在己有的 凸轮轮廓误差补偿研究中，主要有两种途径一是针对单项误差影响因素实施补偿， 通过对系统参数、轴控制参数的合理设置来提髙凸轮轮廓精度。由于实际加工出的 凸轮轮廓是多种因素综合作用的结果，所以针对单项误差影响因素建模的方法具有 很大局限性；二是基于多体系统运动学理论，建立机床各个运动部件的数学模型， 推导精密运动的约束方程和参数，并最终生成精密数控指令，以此提高凸轮磨削精 度，该方法也只是针对大部分误差影响因素展开补偿研究，无法全面的考虑各种误 差的综合影响，且计算量较大，不易推广。可见，现有凸轮轮廓误差补偿的技术存 在不完善之处，影响了其在实际加工中的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够分析在特定工艺条件下，各种误差 对凸轮轴数控磨削加工精度的综合影响，反映误差全面，能够有效提高凸轮轴轮廓 精度的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的，包 括以下步骤a.通过多次试切加工，对加工后凸轮片轮廓线即型线进行离线测量， 获取实际轮廓线数据一升程；b.通过对比理论升程和实测升程数据大小，求解整个 凸轮片一周的升程误差值，分析升程误差，预测误差；c构建虚拟升程表并对虚拟 升程进行二次光顺处理；d.采用经后处理的虚拟升程表取代原有升程表，进行相 同工艺条件下，与该试切凸轮轴同型号的凸轮轴的数控加工，其特征是-(1)、试切加工对凸轮片进行试切加工测量前，先将凸轮轴清洗干净，并尽可能将工件放置一小段时间再测量，测量时，对每个凸轮片做多次测量，获得多组实测升程数据；经 公式(a )计算出几组数据的升程误差值，观察几组误差的变换趋势；如果几组误差 的变化趋势从整体上是基本趋于一致的，说明凸轮轴检测状态比较稳定，此时所检 测出的实际轮廓也比较准确；式中e —升程误差 ^一实测升程^一理论升程经过^次试切加工，每个凸轮片将会产生^组实测升程和升程误差；多次试切升程误差的算数平均值；作为试切所得升程误差，以减小试切加工中不稳定因素影 响，如公式(b)所示-式中"一升程数据总个数e"一第"个转角处升程误差值w—试切次数w'=i—w次试切，第"个数据的算术平均值(2)、分析升程误差规律，获取预测误差首先要实现对于误差规律段的辨识，具体做法为设定一个误差阈值，该阈值大小视试切加工所得具体误差值而定，通常在0.01 0. 04画之间；当连续多个转角的升程误差值大于所设定阈值时，该段就成为预选规律段，由于预选出的规律段 位置长短不一，当段与段之间的距离较小时，将两段预选规律段合为一段，以使预测出的误差值在段与段之间的过渡更光顺；其次对整组升程数据进行曲线拟合处 理，以找到升程误差的整体趋势，采用最小二乘法多项式进行曲线拟合处理设关于转角A和升程误差A的一组数据，(1/t，h)x-l，2,3，…，附 (c) 参数、、a2,…，a (n〈m)，使得多项式i7(x^a。+a^ +…+ a";:"满足<formula>formula see original document page 7</formula>则称PO)-flQ+^ +…+"A为数据(L l)的"次最小二乘拟合多项式；由一阶必要条件，使S达到最小值的"o， "i, "2,…，""应满足一阶必要条 ，=03 ， _/ = 0，1,2,.."" (e)直接计算得z:。c》'-z:^v=o y=0，1,2，...," ( f)正规方程组，其对应的系数矩阵为<formula>formula see original document page 7</formula>最小二乘问题最终可以归结为求解正规方程组，求解程序中通过高斯消元法将 正规方程组化解为同解的上三角形线性代数方程组，然后回代求解A,、"2,…，""，得到拟合多项式PW = "o + W+…+ a x ( h )将转角^ (^-m'"M)反代入式(h)即可求解得到经拟合后新的升程误差值，该误差反映了所有加工误差影响因素对当前状态下凸轮片的影响规律和大小； 为避免出现拟合处理所得曲线无法表达原始数据趋势的现象，本专利技术采用分段处理的方法，将整个轮廓段均匀的分为三段或四段进行拟合；为避免高次拟合所带 来的误差，通常拟合处理的阶次应在3 6之间；(3)构建虚拟升程表并对虚拟升程进行二次光顺处理 通过前述步骤获得的升程误差值可反映工艺系统的稳定误差，即可作为在相同工艺条件下，与该试切凸轮轴同型号的凸轮轴加工后产生的预测误差值； 基于分析处理得到的升程误差，经公式(i )可得到虚拟升程表，式中^"一第Z'个虚拟升程值S/G)一第/个理论升程值 ^Cz')一第/个预测误差值 " 一补偿系数在预测值前加一比例系数，通常情况下，该比例取在0.5~0.8之间； 采取反复减小误差的方法以消除一次补偿后残余误差的影响； 在二次光顺过程中同样采用最小二乘多项式拟合处理的方法，对补偿后数据进 行处理，二次光顺本质上就是光顺补偿段的前后交接处以使得升程误差数据实现一 阶、二阶连续，采用交互式处理方法，通过观察升程数据的一阶、二阶导数图寻找 到需要光顺段的首尾点，利用最小二乘多项式拟合方法对该段进行处理，并以处理 前后的误差值作为光顺成功的判断条件；采用最小二乘法多项式对虚拟升程表进行 二次光顺处理，对跳变数据作局部光顺，并以处理前后的误差值作为光顺可行的判 断条件，处理误差最大值小于0.010mm;(4)采用经后处理的虚拟升程表取代原有升程表，进行相同工艺条件下，与 该试切凸轮轴同型号的凸轮轴的数控加工。基于以上步骤，通过编程开发了凸轮轴数控磨削误差分析与补偿处理软件，实 现了技术方法的智能化、自动化应用。本专利技术采取人为引入误差来抵消或减小工艺系统稳定误差影响的误差补偿原 理，通过比较凸轮理论轮廓与试切加工后的实际轮廓，分析找出系统所有误差对凸 轮加工影响的规律，依据规律类别和大小构建虚拟升程表，为后续凸轮磨削加工实 施预补偿。通过采用上述误差补偿方法，加工出的凸轮片整个轮廓段的升程误差值 整体减小，型线精度得到明显提高。同时轮廓表面没有出现烧伤和波纹度，表面质 量较好。误差补偿效果十分显著。 附图说明图1误差规律段自动辨识程序流程图； 图2自动分析合并短间距段流程图； 图3误差分析补偿处理整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凸轮轴数控磨削轮廓误差补偿方法，包括以下步骤：ａ．通过多次试切加工，对加工后凸轮片轮廓线即型线进行离线测量，获取实际轮廓线数据－－升程；ｂ．通过对比理论升程和实测升程数据大小，求解整个凸轮片一周的升程误差值，分析升程误差，预测误差；ｃ构建虚拟升程表并对虚拟升程进行二次光顺处理；ｄ．采用经后处理的虚拟升程表取代原有升程表，进行相同工艺条件下，与该试切凸轮轴同型号的凸轮轴的数控加工，其特征是：　（１）、试切加工　对凸轮片进行试切加工测量前，先将凸轮轴清洗干净，并尽 可能将工件放置一小段时间再测量，测量时，对每个凸轮片做多次测量，获得多组实测升程数据；经公式（ａ）计算出几组数据的升程误差值，观察几组误差的变换趋势；如果几组误差的变化趋势从整体上是基本趋于一致的，说明凸轮轴检测状态比较稳定，此时所检测出的实际轮廓也比较准确；　ｅ＝ｈ↓［Ｓ］－ｈ↓［Ｌ］　（ａ）　式中：ｅ－升程误差　ｈ↓［Ｓ］－实测升程　ｈ↓［Ｌ］－理论升程　经过ｍ次试切加工，每个凸轮片将会产生ｍ组实测升程和升程误差；多次试切升程误差的算数平均 值＊作为试切所得升程误差，以减小试切加工中不稳定因素影响，如公式（ｂ）所示：　＊＊＊　（ｂ）　式中ｎ－升程数据总个数　ｅ↓［ｎ］－第ｎ个转角处升程误差值　ｍ－试切次数　１／ｍ＊ｘ↓［ｉｎ］－ｍ次试切，第ｎ个数 据的算术平均值　（２）、分析升程误差规律，获取预测误差　首先要实现对于误差规律段的辨识，具体做法为：设定一个误差阈值，该阈值大小视试切加工所得具体误差值而定，通常在０．０１～０．０４ｍｍ之间；当连续多个转角的升程误差值大于所设定 阈值时，该段就成为预选规律段，由于预选出的规律段位置长短不一，当段与段之间的距离较小时，将两段预选规律段合为一段，以使预测出的误差值在段与段之间的过渡更光顺；其次对整组升程数据进行曲线拟合处理，以找到升程误差的整体趋势，采用最小二乘法多项式进行曲线拟合处理：　设关于转角ｘ↓［ｋ］和升程误差ｙ↓［ｋ］的一组数据，　（ｘ↓［ｋ］，ｙ↓［ｋ］）　ｘ＝１，２，３，…，ｍ　（ｃ）　参数ａ↓［０］，ａ↓［１］，ａ↓［２］，…，ａ↓［ｎ］（ｎ＜ｍ），使得多项式ｐ（ｘ） ＝ａ↓［０］＋ａ↓［１］ｘ＋…＋ａ↓［ｎ］ｘ↓［ｎ］满足Ｓ（ａ↓［０］，ａ↓［１］，…，ａ↓［ｎ］）□∑↓［ｋ＝１］↑［ｍ］［...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓朝晖，曹德芳，万林林，张晓红，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[]