机床精度分析方法及装置、精度检测仪、机床加工方法与流程

本发明涉及机床加工技术领域，特别是涉及机床精度分析方法、机床加工方法及精度检测仪。

背景技术：

随着制造业的不断发展，数控机床在生产过程中会产生大量同种加工条件下的数据。目前对于这些数据大多数企业只进行了合格率等简单统计分析，而没有深入挖掘到这些大量数据背后反应出的共性特点，没有利用数据分析来提高机床加工的精度。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种机床精度分析方法及装置、机床加工方法、精度检测仪，以利用数据分析来提高机床对工件的加工精度。

一种机床加工精度分析方法，包括以下步骤：

获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组所述加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差；

比较多组所述加工偏差集合，识别出多组所述加工偏差集合中离散程度较为聚集的一者为稳定精度集合；

输出所述稳定精度集合对应的检测方向为最优加工方向。

上述机床加工精度分析方法中，若加工偏差集合中的多个加工偏差较为聚焦，说明该加工偏差集合中的加工偏差较为稳定，波动较小，定义该加工偏差跨度较小的集合为稳定精度集合。稳定精度集合中的多个加工偏差较为聚集，说明稳定精度集合对应的检测方向上的工件的加工偏差相差不大，在该检测方向上工件表面波动较小，若后续以该检测方向为加工方向，加工出的工件表面较为平整，工件精度较高，如此利用对历史数据的分析来提高加工精度。

在其中一些实施例中，所述获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组所述加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差的步骤具体为：

在所述历史工件表面上预设相互垂直的第一检测线和第二检测线；

对所述第一检测线上的多个点进行偏差检测得到第一加工偏差集合，对所述第二检测线上的多个点进行偏差检测得到第二加工偏差集合。

在其中一些实施例中，所述比较多组所述加工偏差集合，识别出多组所述加工偏差集合中离散程度较为聚集的一者为稳定精度集合的步骤具体为：

对所述第一检测线和所述第二检测线分别进行编号；

将多个编号及每个所述编号对应的加工偏差集合内的多个加工偏差显示在散点图上；

识别出所述散点图中离散程度最为聚集的加工偏差集合为所述稳定精度集合。

在其中一些实施例中，所述获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组所述加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差的步骤具体为：

在所述历史工件表面预设多条相互平行的所述第一检测线及多条相互平行的所述第二检测线，其中每条所述第一检测线与每条所述第二检测线相互垂直；

对每条所述第一检测线上的多个点进行偏差检测得到多组所述第一加工偏差集合，对每条所述第二检测线上的多个点进行偏差检测得到多组所述第二加工偏差集合。

在其中一些实施例中，所述比较多组所述加工偏差集合，识别出多组所述加工偏差集合中离散程度较为聚集的一者为稳定精度集合的步骤具体为：

统计多组第一加工偏差集合中全部加工偏差的跨度为第一跨度范围，统计多组第二加工偏差集合中全部加工偏差的跨度为第二跨度范围；

识别所述第一跨度范围和所述第二跨度范围中跨度较小的一者对应的加工偏差集合为所述稳定精度集合。

在其中一些实施例中，所述对所述第一检测线上的多个点进行偏差检测得到第一加工偏差集合，对所述第二检测线上的多个点进行偏差检测得到第二加工偏差集合步骤之后还包括以下步骤：

将所述第一检测线分隔为位于所述历史工件表面相对两侧的两段第一子检测线，得到两段所述第一子检测线对应的两组第一子加工偏差集合；

识别两组所述第一子加工偏差集合中平均加工偏差较小的一者为第一较佳精度集合；

输出所述第一较佳精度集合对应的加工位置为第一最优加工位置。

在其中一些实施例中，所述对所述第一检测线上的多个点进行偏差检测得到第一加工偏差集合，对所述第二检测线上的多个点进行偏差检测得到第二加工偏差集合步骤之后还包括以下步骤：

沿所述第一检测线延伸的方向，在所述历史工件表面预设多条所述第二检测线,对每条所述第二检测线上的多个点进行偏差检测得到多个所述第二子加工偏差集合；

识别多个所述第二子加工偏差集合中平均加工偏差较低的一者为第二较佳精度集合；

输出第二较佳精度集合对应的加工位置为第二最优加工位置。

在其中一些实施例中，包括以下步骤：

提供多块所述历史工件，获取每块所述历史工件表面多个相交方向上对应的多组所述加工偏差集合，其中每组所述加工偏差集合包括对应方向上的多个点的加工偏差；

比较每块所述历史工件上的多组所述加工偏差集合，识别每块所述历史工件中跨度最小的加工偏差集合为所述稳定精度集合；

输出多块所述历史工件的所述稳定精度集合共同对应的检测方向为所述最优加工方向。

一种机床加工精度分析装置，包括：

获取模块，用于获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组所述加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差；

比较模块，用于比较多组所述加工偏差集合，识别出多组所述加工偏差集合中离散程度较为聚集的一者为稳定精度集合；

输出模块，用于输出所述稳定精度集合对应的检测方向为最优加工方向。

一种精度检测仪，包括控制器和检测器，控制器根据上述方法控制检测器进行工件精度检测。

一种机床加工方法，包括以下步骤：

获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组所述加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差；

比较多组所述加工偏差集合，识别出多组所述加工偏差集合中离散程度较为聚集的一者为稳定精度集合；

输出所述稳定精度集合对应的检测方向为最优加工方向；

以所述最优加工方向加工待加工工件。

附图说明

图1为本发明一实施例中机床加工精度分析方法的流程示意图；

图2为图1所示机床加工精度分析方法中工件的结构示意图；

图3为图1所示机床精度分析方法中第一块工件的加工偏差散点图；

图4为图1所示机床精度分析方法中第二块工件的加工偏差散点图；

图5为图1所示机床精度分析方法中第三块工件的加工偏差散点图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明一实施例中，提供一种机床加工精度分析方法，包括以下步骤：

步骤s100，获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差。可以理解，历史工件为机床已经过加工完成的工件，与历史工件相对应的工件为待加工件。对历史工件表面沿多个相交的方向检测加工偏差，且对每个方向上的多个点检测加工偏差后对应形成一个加工偏差集合。

具体到本实施例中，步骤s100包括步骤120和步骤s140。

步骤s120，在历史工件表面上预设相互垂直的第一检测线和第二检测线；第一检测线和第二检测线沿两个垂直的方向延伸设置，第一检测线上的多个点的加工偏差代表了工件表面一个方向上的加工偏差，第二检测线上多个点的加工偏差代表了工件表面另一方向上的加工偏差。

步骤s140，对第一检测线上的多个点进行偏差检测得到第一加工偏差集合，对第二检测线上的多个点进行偏差检测得到第二加工偏差集合，使第一加工偏差集合中的所有加工偏差为第一检测线所在方向上的加工偏差，第二加工偏差集合中的所有加工偏差均为第二检测线所在方向上的加工偏差。相当于，在历史工件被加工出的表面上，抽取两个方向上的检测线，通过检测两条检测线上的加工偏差，便可获取两条线各自延伸方向上的加工精度，不需要对整个面上的点都进行精度检测，便可了解历史工件表面的加工精度。其中，对检测线上的多个点进行加工偏差检测时，利用三坐标检测机进行检测。

一些实施例中，在历史工件表面预设多条相互平行的第一检测线及多条相互平行的的第二检测线，其中每条第一检测线与每条第二检测线相互垂直；对每条第一检测线上的多个点进行偏差检测得到多组第一加工偏差集合，对每条第二检测线上的多个点进行偏差检测得到多组第二加工偏差集合。如此，在历史工件表面抽取多条第一检测线进行加工偏差检测，且抽取多条第二检测线进行加工偏差检测，以增大样本量，提高数据分析的准确性。

步骤s300，比较多组加工偏差集合，识别出多组加工偏差集合中离散程度最为聚集的一者为稳定精度集合。每组加工偏差集合中的多个加工偏差位于一个范围内，如果该范围最小值和最大值之间差值的绝对值较大，说明该加工偏差集合的跨度较大，加工偏差集合中的多个加工偏差较为分散；如果该范围最小值和最大值之间差值的绝对值较小，说明该加工偏差集合的跨度较小，加工偏差集合中的多个加工偏差较为聚焦，说明该加工偏差集合中的加工偏差较为稳定，波动较小，定义该加工偏差跨度较小的集合为稳定精度集合。

具体地，统计多组第一加工偏差集合中全部加工偏差的跨度为第一跨度范围，统计多组第二加工偏差集合中全部加工偏差的跨度为第二跨度范围，识别第一跨度范围和第二跨度范围中跨度较小的一者对应的加工偏差集合为稳定精度集合，如此对多组第一加工偏差集合整体和多组第二加工偏差集合整体进行比较，可以得出更加准确的稳定精度集合。

一些实施例中，步骤s300包括步骤320和步骤s340。

步骤320，对第一检测线和第二检测线分别进行编号；

步骤s340，将多个编号及每个编号对应的加工偏差集合内的多个加工偏差显示在散点图上；

步骤s360，识别出散点图中离散程度最为聚集的加工偏差集合为稳定精度集合，如此通过散点图直观地观察每个加工偏差集合，进而直观地判断每个加工偏差集合的离散程度，便可快速找出最为聚集的稳定精度集合，及该稳定精度集合对应的编号。

步骤s500，输出稳定精度集合对应的检测方向为最优加工方向。稳定精度集合中的多个加工偏差较为聚集，说明稳定精度集合对应的检测方向上的工件的加工偏差相差不大，在该检测方向上工件表面波动较小，若后续以该检测方向为加工方向，加工出的工件表面较为平整，可提高对工件的加工精度，如此利用对历史数据的分析来提高加工精度。

一些实施例中，步骤s140之后还包括步骤s200，步骤s200包括步骤s210、步骤230及步骤s250。

步骤s210，将第一检测线分隔形成位于自身首尾两端的两段第一子检测线，得到两段第一子检测线对应的两组第一子加工偏差集合；

步骤s230，识别两组第一子加工偏差集合中平均加工偏差较低的一者为第一较佳加工偏差集合；

步骤s250，输出第一较佳加工偏差集合对应的加工位置为第一最优加工位置。

如此，将第一检测线分隔形成两段第一子检测线，两段第一子检测线为第一检测线的首尾两端，即位于历史工件表面的相对两侧，对历史工件表面相对两侧的加工偏差进行比较，平均加工偏差较小的一侧说明精度更高，继续分析便可发现工件两侧精度不同的原因为，刀具由一侧向另一侧走刀加工时出现了磨损，所以造成历史工件两侧的加工偏差不同。因此，为了改善这种情况，可以提高刀具的硬度，或者在加工过程中对刀具进行补偿，从而弥补因刀具磨损造成工件表面不平整的问题。

另一些实施例中，步骤s140之后还包括步骤s400，步骤s400包括步骤s410、步骤s430及步骤s450。

步骤s410，沿第一检测线延伸的方向，在历史工件表面预设多条第二检测线，对每条第二检测线上的多个点进行加工偏差检测得到多个第二子加工偏差集合；

步骤s430，识别多个第二子加工偏差集合中平均加工偏差较低的一者为第二较佳加工偏差集合；

步骤s450，输出第二较佳加工偏差集合对应的加工位置为第二最优加工位置。

如此，在历史工件表面预设多条第二检测线，比较多条第二检测线对应的多个第二子加工偏差集合的平均加工偏差，平均加工偏差较小的一者处加工精度较高，而多条第二检测线沿第一检测线的延伸方向分布，多条第二检测线的加工精度发生变化，说明刀具沿第二检测线延伸方向走刀时，机床结构在加工过程中发生了变化，可以伸入分析机床结构的变化，以此为后续加工的刀具提供误差补偿，使工件表面的轮廓更趋于平整。

本发明另一实施例中，提供一种机床加工精度分析方法，包括以下步骤：

步骤s610，提供多块历史工件，获取每块历史工件表面多个相交方向上对应的多组加工偏差集合，其中每组加工偏差集合包括对应方向上的多个点的加工偏差；

步骤s630，比较每块历史工件上的多组加工偏差集合，识别每块历史工件中加工偏差跨度最小的加工偏差集合为稳定精度集合；

步骤s650，输出多块历史工件的稳定精度集合共同对应的检测方向为最优加工方向。

具体到本实施例中，图2示出了历史工件的结构示意图；图3示出了第一块历史工件的加工偏差散点图；图4示出了第二块历史工件的加工偏差散点图；图5示出了第三块历史工件的加工偏差散点图。

第一检测线包括三根且相互平行，第一根第一检测线包括位于自身首尾两端的1号检测线和3号检测线、以及连接于1号检测线和3号检测线之间的2号检测线；第二根第一检测线包括位于自身首尾两端的4号检测线和6号检测线、以及连接于4号检测线和6号检测线之间的5号检测线；第三根第一件线包括位于自身首尾两端的7号检测线和9号检测线、以及连接于7号检测线和9号检测线之间的8号检测线。第二检测线包括相互平行的10号检测线、11号检测线及12号检测线。

根据图3-5所示的三个加工偏差散点图可以看出，加工偏差的聚集程度呈现第二检测线(10/11/12)强于第一检测线中的水平部分(2/5/8)强于第一检测线中的圆弧部分(1/4/7/3/6/9)，由此可知第二检测线所在的竖向加工稳定性最优，水平横向其次，圆弧方向稳定性最为不佳。其中，圆弧方向稳定最不佳的原因为机床中两轴联动的控制难度加大，同时第二检测线方向及第一检测线水平方向都是直线加工，说明第二检测线方向(竖向)上机床联动轴的运动更加稳定，后续的待加工件更适合从竖向上进行加工，以提高待加工件的加工精度。

根据图3-5所示的三个加工偏差散点图还可以看出，加工偏差集合在散点图中的相对位置呈现1(左圆角)低于3(右圆角)、4(左圆角)低于6(圆角)、7(左圆角)低于9(右圆角)。经过分析可知，整体左侧圆角低于右侧圆角，说明刀具从左侧加工到右侧时刀具存在磨损；因此，可以在后续加工中使用新型高硬度刀具，减小加工过程中的刀具磨损，从而减小加工误差。

根据图3-5所示的三个加工偏差散点图还可以看出，加工偏差集合在散点图中的相对位置呈现相对位置呈现11(中竖)高于10(右竖)高于12(左竖)。经过分析可知，纵向加工轮廓呈现中间高两侧低的现象，且都满足右侧高于左侧，说明当加工到中间位置时机床结构存在变形而导致偏差。因此，可以在后续加工中修改加工程序，改变不同加工位置的刀具补偿数值大小，从而弥补因刀具磨损及结构变形等原因产生的工件表面不平整问题；或者，机床配置测头装置，实现在线误差补偿，使工件表面的轮廓更趋于平整。

本发明一实施例中，还提供一种机床加工精度分析装置，包括获取模块、比较模块及输出模块，获取模块用于获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差；比较模块用于比较多组加工偏差集合，识别出多组加工偏差集合中离散程度最为聚集的一者为稳定精度集合；输出模块用于输出稳定精度集合对应的检测方向为最优加工方向。

本发明一实施例中，还提供一种精度检测仪，包括控制器和检测器，控制器根据上述任一实施例所述的方法控制检测器进行工件精度检测，以为后续加工提供改进方向，提高后续工件的精度。

本发明一实施例中，还提供一种机床加工方法，包括以下步骤：

步骤s100，获得历史工件表面位于多个相交方向上的多组加工偏差集合，其中每组加工偏差集合包括对应方向上多个点的加工偏差。可以理解，历史工件为机床已经过加工完成的工件，与历史工件相对应的工件为待加工工件。对历史工件表面沿多个相交的方向检测加工偏差，且对每个方向上的多个点检测加工偏差后对应形成一个加工偏差集合。

步骤s300，比较多组加工偏差集合，识别加工偏差跨度最小的加工偏差集合为稳定精度集合。每组加工偏差集合中的多个加工偏差位于一个范围内，如果该范围最小值和最大值之间差值的绝对值较大，说明该加工偏差集合的跨度较大，加工偏差集合中的多个加工偏差较为分散；如果该范围最小值和最大值之间差值的绝对值较小，说明该加工偏差集合的跨度较小，加工偏差集合中的多个加工偏差较为聚焦，说明该加工偏差集合中的加工偏差较为稳定，波动较小，定义该加工偏差跨度较小的集合为稳定精度集合。

步骤s500，输出稳定精度集合对应的检测方向为最优加工方向。稳定精度集合中的多个加工偏差较为聚集，说明稳定精度集合对应的检测方向上的工件的加工偏差相差不大，在该检测方向上工件表面波动较小。

步骤s500，以最优加工方向加工待加工件，也就是以加工偏差较为稳定的路径加工待加工件，提高待加工件的精度，如此利用对历史数据的分析来提高加工精度。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。