一种基于多次检测和补偿的高精度轴类零件加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及轴类零件加工方法，尤其是设及一种基于误差的检测与补偿的轴类零 件加工方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术发展，对各种运动机构精度提出了越来越高的要求，而轴系零件作为运 动机构的重要执行部件，其直线度、尺寸精度等精度直接影响机构的运动精度。例如在国防 工业中，导弹系统的巧螺仪直接影响其命中率，1kg的巧螺转子，其质量中屯、偏离其对称轴 0. 5ym就会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。
[0003] 数控车床作为最常用的轴类零件加工设备，其导轨直线度和定位精度直接影响零 件的加工精度。当零件精度要求超过机床精度时，可由两种方法来改善机床精度：（1)误差 防止法，即直接提高加工母机的精度来保证数控机床精度，但是当其精度要求高于某一条 件后，其所花费的成本将成倍数增长；（2)误差补偿法，即通过测量分析机床现有误差，建 立误差的数学模型，通过硬件或软件增加一个附加的误差补偿系统，人为的在现有系统上 引入一个附加误差源，使之与现有误差相抵消，此方法是一种具有显著经济价值并十分有 效的提高机床精度的方法。
[0004] 当今的机床误差补偿多集中于对机床的机床几何误差和热误差的建模方法研究， 然后进行软件补偿。即先测出误差项，再利用机床本身的执行机构进行补偿，其补偿能力 取决于检测精度和机床本身执行部件的运动精度，补偿后的直线度和定位精度一般由几十 微米降低到微米级，无法达到亚微米级精度；而采用附加误差补偿系统的研究较少，在《机 床误差信号分离与补偿技术研究》中采用附加超磁致伸缩致动器和柔性较链的方法对滚珠 丝杠工作台的定位精度进行补偿，采用离线检测-开环补偿，补偿效果为± 15ym降低到 ±8ym。但是，现有的机床误差补偿法采用一次补偿，没有对一次补偿后的效果进行误差分 析和进一步的补偿修正。 阳0化]对于高精度工件的加工，影响工件加工精度的误差源很多，包括机床误差的检测 和补偿、微位移执行机构、高精度工件测量、加工工艺系统的力变形与热变形、加工工序、装 夹方式和变形分析、切削力变形、刀具选择和磨损控制、冷却润滑等，目前对运些单项误差 源的分析有相当的研究，但还未解决将运些误差源定量折算成加工工件误差的技术。而且， 现有的研究多集中于单项或若干项误差源的研究，但基于高精度工件加工的全流程，即对 机床误差检测-机床误差补偿-工件加工工序安排-工件误差检测-工件误差同时进行补 偿的研究未见报道。同时，现有的工件精度补偿技术多集中于尺寸和形位精度补偿，未考虑 高表面粗糖度要求。
【发明内容】
[0006] 本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能有效提高机床 的导轨直线度的基于多次检测和补偿的高精度轴类零件加工方法。 阳007] 本发明所采用的技术方案是：
[0008] 一种基于多次检测和补偿的高精度轴类零件加工方法，包括W下步骤：
[0009] 步骤1，将微进给补偿装置安装于数控车床遁板上，在数控车床导轨上选取n个测 量间隔点，控制数控车床沿导轨单向移动m次，在微进给补偿装置的伸出端检测每次各测 量间隔点在X方向的原始偏差数据Zix，i= 1，2,…，n;根据原始偏差数据，计算得到每次 检测车床沿导轨单向移动时各测量间隔点在X方向的直线度和直线度偏差值，再根据每次 的测量结果取平均，计算得到各测量间隔点在X方向的直线度偏差yi，所述X方向与导轨在 水平面内垂直，n、m为正整数，微进给补偿装置的出事伸出量为0;
[0010] 步骤2,拟合样条函数得到两个相邻测量间隔点之间的直线度偏差连续函数； W11] 步骤3,在相邻两个测量间隔点之间设置N-1个附加间隔点，所述附加间隔点应使 得相邻的附加间隔点之间或者相邻的附加间隔点与测量间隔点之间的直线度偏差的差值 小于待加工轴类零件的表面粗糖度要求值；
[0012] 步骤4,控制微进给补偿装置在X方向进行预伸出，预伸出量a大于m次测量得到 的导轨直线度最大值，小于微进给补偿装置行程；
[0013] 步骤5,读取数控车床导轨实时位置，在测量间隔点和附加间隔点，根据步骤2建 立的直线度偏差连续函数计算微进给补偿装置在当前位置的第一伸出量，第一伸出量5S, =预伸出量a-当前位置直线度偏差y,，j= 1，2,…，（N*n-N+1)，并驱动微进给补偿装置 在X方向进行伸缩运动，使微进给补偿装置的伸出量为第一伸出量，在此条件下，控制数控 车床沿导轨单向移动W次，在微进给补偿装置的伸出端检测每次各测量间隔点在X方向的 补偿后原始偏差数据，根据补偿后原始偏差数据，计算得到每次检测各测量间隔点的补偿 后直线度偏差值，再根据每次的测量结果取平均，计算得到导轨在X方向的补偿后直线度 偏差hi，w是正整数；
[0014] 步骤6,判断各坐标点重复性，若重复性指标达到误差阔值W上，则进入步骤7,若 重复性指标未达到误差阔值W上，则结束操作；重复性指标为W次测量补偿后直线度偏差 值符号保持不变的坐标点的数量与所有坐标点数量的比；
[001引步骤7,将与y1相加，得到各测量间隔点直线度偏差修正值k1;
[0016] 步骤8,获取待加工轴类零件，所述待加工轴类零件的加工余量小于微进给补偿装 置行程；
[0017] 步骤9,根据ki，拟合样条函数，建立直线度偏差修正连续函数；
[0018] 步骤10,控制微进给补偿装置在X方向进行预伸出，预伸出量为a;将加工刀具安 装在微进给补偿装置伸出端，将待加工轴类零件安装在加工位置，读取数控车床导轨实时 位置，在测量间隔点和附加间隔点，根据步骤9建立的直线度偏差修正连续函数计算微进 给补偿装置在当前位置的第二伸出量5 m,，第二伸出量5 m,=预伸出量a-当前位置直线 度偏差修正值k，，并驱动微进给补偿装置在X方向进行伸缩运动，使微进给补偿装置的伸出 量为第二伸出量，在此条件下，在微进给补偿装置的伸出端检测轴类零件一条水平母线上 各测量间隔点的零件直线度偏差li;
[0019] 步骤11，检测一个测量间隔点处轴类零件的截面直径，得到该测量间隔点处直径 单边余量a;
[0020] 步骤12,将各测量间隔点直线度偏差修正值ki和零件直线度偏差1 1进行累加，得 到在各测量间隔点直线度偏差修正终值Ci，Ci=(ki-b) +Qi-e)，其中b和e分别为步骤11 中所述的测量间隔点处的直线度偏差修正值和轴类零件直线度偏差；
[0021] 步骤13,根据Ci，拟合样条函数，计算直线度偏差修正终值连续函数；
[0022] 步骤14,控制微进给补偿装置在X方向进行预伸出，伸出量等于步骤11测得的单 边余量a,读取数控车床导轨实时位置，在测量间隔点和附加间隔点位置，根据直线度偏差 修正终值连续函数计算微进给补偿装置在当前位置的第=伸出量5U,，第=伸出量5u,= a-当前位置直线度偏差修正终值C，，驱动微进给补偿装置在X方向进行伸缩运动，使微进 给补偿装置的伸出量为第=伸出量，控制数控车床沿导轨单向移动，用微进给补偿装置上 的加工刀具对待加工轴类零件进