本发明专利技术公开了一种基于在机测评的复杂空间型面误差反馈补偿方法，通过球头铣刀加工复杂型面切削力模型、目标刀位点做动态补偿，进行工件预加工；对预加工后工件进行在机检测，获得实际轮廓的几何信息，通过轮廓度误差评定模型，对预加工工件进行误差评定；当轮廓度误差大于公差时，确定各接触点对应的补偿点位置Ui，将所述各接触点对应的补偿点位置Ui导入到三维CAD软件中获取补偿加工轮廓，生成补偿加工刀具轨迹，对预加工后工件进行静态补偿加工，流程结束。本方法在保证零件型面加工精度的前提下，对零件的加工精度实现在机检测，不需要再投入资金购买更多的检测设备，减少了工件的搬运和装卡时间。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数控加工
，特别涉及。
技术介绍
在航空航天、汽车、船舶和各种高技术装备中，具有复杂空间型面几何特征的零件应用日益广泛，在实现系统力学性能、光学性能和流体性能等物理性能要求方面扮演重要角色。各类零件的型面加工质量往往是影响整台机器工作质量的关键。通过误差补偿技术可在机床上加工出超过机床本身精度的工件，从而提高零件型面的加工精度，已成为现代精密工程的重要技术支柱。近年来，国内外学者在误差补偿方面做了大量的研究工作，围绕复杂空间型面误差测评理论及误差补偿原理与方法展开深入研究，提出了多种误差补偿的方法。(I)魏兆成对曲面加工中的铣削力和让刀误差进行了研究，建立球头铣刀曲面加工中的铣削力模型，并提出了直接以让刀变形为补偿对象的误差补偿方法(参见球头铣刀曲面加工的铣削力与让刀误差预报[D].大连理工大学，2011)。(2)世界著名的齿轮机床制造商格里森公司及克林格贝尔公司采用先进的齿轮测量中心及相应的齿轮测量软件，与CNC齿轮加工机床相连，实现了圆柱齿轮、弧锥齿轮的 CAD/CAM/CAI 的闭环制造(参见 Gleason Corporation.http://www.gleason.com.Citedl0February2012)。(3)英国Delcam公司的通用检测系统PowerINSPECT可以实现对零件的在机检测(参见 Delcam Pic.http://www.delcam.com.cn.Cited 10 February 2012.)。文献(I)中提出的基于建立数学模型分析预测工件误差大小的补偿方法，仅分析了工件与刀具之间受力变形的问题，但对于实际的加工而言，误差补偿并不全面。文献(2)中提出的采用先进齿轮测量中心及相应的齿轮测量软件，与CNC齿轮加工机床相连，实现了圆柱齿轮、弧锥齿轮的CAD/CAM/CAI的闭环制造，其加工使用范围有限，且价格昂贵，增加了零件的制造成本。文献(3)中提出的PowerINSPECT通用检测系统可以实现对零件的在机检测，但它所用的数据处理方法未对型面几何误差进行完整评定，仅给出若干采样点的法向偏差相关参数，且误差反馈补偿功能尚不够完善。
技术实现思路
本专利技术提供了，本方法提高了零件型面的加工精度，避免了离线检测造成工件重复定位误差，减少了工件的搬运和装卡时间，详见下文描述:，所述方法包括以下步骤:(I)通过球头铣刀加工复杂型面切削力模型、目标刀位点做动态补偿，进行工件预加工；(2)对预加工后工件进行在机检测和误差评定，获得实际轮廓的几何信息，通过轮廓度误差评定模型，对预加工工件进行误差评定；判断轮廓度误差是否小于公差，如果是，执行步骤(4)，如果否，执行步骤(3)；(3)确定各接触点对应的补偿点位置Ui,将所述各接触点对应的补偿点位置Ui导入到三维CAD软件中获取补偿加工轮廓，对预加工后工件进行静态补偿加工，流程结束；(4)预加工后工件是合格产品，流程结束。所述通过球头铣刀加工复杂型面切削力模型、目标刀位点做动态补偿，进行工件预加工具体包括:I)构建零件的CAD模型，将刀具切削刃沿轴向分割为许多切削微元，建立所述球头铣刀加工复杂型面切削力模型；2)通过所述球头铣刀加工复杂型面切削力模型获取刀具在x、y方向的变形量；3)通过所述刀具在X、y方向的变形量、目标刀位点做中心镜像反变形，获取修正刀位点,根据所述修正刀位点进行工件预加工。所述对预加工后工件进行在机检测和误差评定，获得实际轮廓的几何信息，通过轮廓度误差评定模型，对预加工工件进行误差评定具体包括:I)对预加工后工件进行在机检测，获得实际轮廓的几何信息；2)计算对应测头中心Ci时接触点&的三维坐标，对所有接触点进行曲面插值处理，获得实际被测轮廓 ；3)通过轮廓度误差评定模型，对预加工工件进行误差评定。所述通过所述球头铣刀加工复杂型面切削力模型获取刀具在X、y方向的变形量具体包括:I)将刀具简化为由刀夹刚性加持的悬臂梁结构，获取刀具作用在x、y方向的切削力中心 rx( Θ )，ry( Θ )；2)通过悬臂梁理论获取刀具在X、y方向的变形量。本专利技术提供的技术方案的有益效果是:本专利技术基于在机检测环境提出工艺系统动、静误差“两步走”的复杂空间型面误差在机测评及反馈补偿方法，不仅及时的修正了刀位数据，避免了离线检测造成工件重复定位误差，并且适用于工件的反复测量和误差补偿；在保证零件型面加工精度的前提下，对零件加工精度实现在机检测，不需要再投入资金购买更多的检测设备，减少了工件的搬运和装卡时间。附图说明图1为基于在机测评的复杂空间型面误差反馈补偿方法流程图；图2为球头铣刀切削刃微元划分与受力分析示意图；图3为简化后的刀具受力变形图；图4为动误差补偿原理图；图5为测头半径补偿示意图；图6为测头接触点相对目标轮廓的法向偏差示意图；图7为曲面轮廓度误差评定示意图8为基于在机测量刀位点镜像反变形误差补偿示意图；图9为静误差补偿原理具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。为了提高零件型面的加工精度，避免离线检测造成工件重复定位误差，减少工件的搬运和装卡时间，本专利技术实施例提供了，参见图1，详见下文描述:在数控加工过程中，由于工艺系统不同性质的误差对工件误差的不同影响，本方法将工艺系统的误差补偿分为两个阶段，即工艺系统动误差预补偿和工艺系统静误差再补偿“两步走”的误差补偿策略。首先建立系统动误差模型，预测各刀位点综合误差量，作为动误差预补偿的依据，刀具受力变形是引起系统动误差的主要因素。本方法依据悬臂梁变行理论，预测由刀具变形引起的各刀位点误差大小作为动误差预补偿的依据；然后，在搭建的在机检测平台上，通过对预加工后的工件进行在机检测和误差评定，获得实际轮廓相对于理论轮廓的形状及方向和位置的整体偏差量，以此为依据重构零件工艺CAD模型，为静误差的补偿加工提供定量数据。针对分步补偿策略，按照“镜像反变形”思想通过对刀位数据修正和零件工艺CAD模型重构的误差补偿方法，将在机测量和自动误差补偿有效的融合，实现了复杂空间型面零件的“设计-加工-测量-补偿加工” 一体化的闭环制造控制过程。101:构建零件的CAD模型，将刀具切削刃沿轴向分割为许多切削微元，建立球头铣刀加工复杂型面切削力模型；其中，构建零 件的CAD模型为本领域技术人员所公知，本专利技术实施例对此不做限制。参见图2，刀具受到的切削力为所有参加切削的微元受力之和，作用在切削微元上的空间统削力可以分解为微切向力dFt、微径向力dFr和微轴向力dFa,其表达式分别为:dFt (i, Θ，z) =Kt (z) t (i, Θ，z) dz(I)dFr(i, θ , z)=Kr(z)t(i, θ , ζ) dz(2)dFa(i, θ , z)=Ka(z)t(i, θ , ζ) dz(3)式中，i表示切削刃编号，Θ表示刀具转角，ζ表示切削微元距刀尖点高度，dz表示切削微元在ζ方向的切削厚度，t(i, θ，ζ)表示瞬时切削厚度，Kt, Kr, Ka表示切向、径向和轴向切削力系数。为了便于铣削力的分析和测量，将微切向力dFt、微径向力dFr和微轴向力dFa分解到刀具坐标系下，得到切削微元在X，y, ζ三个方向本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于在机测评的复杂空间型面误差反馈补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：（1）通过球头铣刀加工复杂型面切削力模型、目标刀位点做动态补偿，进行工件预加工；（2）对预加工后工件进行在机检测和误差评定，获得实际轮廓的几何信息，通过轮廓度误差评定模型，对预加工工件进行误差评定；判断轮廓度误差是否小于公差，如果是，执行步骤（4），如果否，执行步骤（3）；（3）确定各接触点对应的补偿点位置Ui，将所述各接触点对应的补偿点位置Ui导入到三维CAD软件中获取补偿加工轮廓，对预加工后工件进行静态补偿加工，流程结束；（4）预加工后工件是合格产品，流程结束。
【技术特征摘要】
1.一种基于在机测评的复杂空间型面误差反馈补偿方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)通过球头铣刀加工复杂型面切削力模型、目标刀位点做动态补偿，进行工件预加工； (2)对预加工后工件进行在机检测和误差评定，获得实际轮廓的几何信息，通过轮廓度误差评定模型，对预加工工件进行误差评定；判断轮廓度误差是否小于公差，如果是，执行步骤(4)，如果否，执行步骤(3); (3)确定各接触点对应的补偿点位置Ui,将所述各接触点对应的补偿点位置Ui导入到三维CAD软件中获取补偿加工轮廓，对预加工后工件进行静态补偿加工，流程结束； (4)预加工后工件是合格产品，流程结束。2.根据权利要求1所述的一种基于在机测评的复杂空间型面误差反馈补偿方法，其特征在于，所述通过球头铣刀加工复杂型面切削力模型、目标刀位点做动态补偿，进行工件预加工具体包括: O构建零件的CAD模型，将刀具切削刃沿轴向分割为许多切削微元，建立所述球头铣刀加工复杂型面切削力模型； 2)通过所述球头铣刀加工复杂型面切削力模型获取刀具在...
【专利技术属性】
技术研发人员：何改云，马文魁，贾红洋，郭龙真，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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