摘要：采用当前方法补偿机械加工零件的形位误差时，检测到的机械加工零件形位误差与实际不符，导致补偿后的机械加工零件精度较低、检测结果不准确等问题。因此，提出机械加工零件形位误差自动化补偿方法。在B样条曲面的基础上构建确定性曲面回归模型，通过空间独立性分析方法分析机械加工零件的回归模型残差，分解机械加工零件形位误差，获得随机误差和系统误差。构建机械加工零件的磨削轮廓曲线，根据目标轮廓和磨削轮廓之间存在的法向距离，计算法向残余误差，通过法向残余误差完成机械加工零件形位误差的自动化补偿。实验结果表明，所提方法具有较高的检测准确率和补偿精度。
关键词：机械加工零件；形位误差；补偿方法
引言
在加工过程中机床是所有机械设备的母机，但机械零件的加工精度决定了数控机床的精度。目前存在2种方法可以提高数控机床的精度：第一种是通过机床的装配水平和技术，提高机床的装配精度；第二种是对机械加工零件形位误差进行补偿，现阶段多采用第二种方法提高数控机床的精度。当前机械加工零件形位误差补偿方法存在检测准确率低和补偿精度低的问题，需要对机械加工零件形位误差补偿方法进行分析和研究。
基于谐波理论的零件形位误差补偿方法测量机械加工零件的周期性数据，根据测得的数据对形位误差产生的机理进行分析，通过空间点矢量法获得机械加工零件形位误差点的实际位置，采用拟合算法完成机械加工零件形位误差的补偿，该方法获取的机械加工零件形位误差点位置与实际位置不符，存在检测准确率低的问题。基于回归模型的机械加工零件形位误差补偿方法在测头半径误差和机床几何误差等基本误差补偿的基础上通过回归分析算法构建机械加工零件的形位误差回归模型，在形位误差回归模型的基础上实现机械加工零件形位误差的补偿，该方法补偿后的机械加工零件的精度较低，存在补偿精度低的问题。为了解决上述方法中存在的问题，提出机械加工零件形位误差自动化补偿方法。
1机械加工零件形位误差检测
在CAD系统中定义测点数据对应的确定性复杂曲面，设A（u，v）代表的是实际机械加工零件的曲面；B（u，v）代表的是理想状态下机械加工零件
的曲面；ds（u，v）代表的是机械加工零件对应的系统误差；dr（u，v）代表的是机械加工零件对应的随机误差；u、v为参数，存在下式：A（u，v）=B（u，v）+ds（u，v）+dr（u，v）（1）设C（u，v）代表的是机械零件在当前加工状态下对应的确定性复杂曲面，其计算公式如下：C（u，v）=B（u，v）+ds（u，v）（2）将公式（2）计算得到的C（u，v）当做归回分析模型，通过C（u，v）确定机械加工零件的确定性曲面形状；将dr（u，v）作为随机变量，服从空间统计分布，用来反应机械加工零件在采样点对应的随机误
差。设Var（dr）=σ2dr、A（dr）=0分别代表的是随机变量dr（u，v）对应的方差和均值。针对确定性曲面模型的描述，机械加工零件形位误差自动补偿方法通过双三次B样条曲面完成。
机械加工零件形位误差自动化补偿方法通过空间统计分析法确定机械加工零件对应的确定性曲面，采用迭代法求取确定性曲面对应的回归分析模型，当计算得到的机械加工零件行为误差满足空间独立性分布时，完成机械加工零件形位误差的分解。机械加工零件形位误差自动化补偿方法采用空间统计分析法分解机械加工零件形位误差的流程如图1所示。
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图1机械加工零件形位误差分解流程
2自动补偿方法
初次加工后的机械零件的形位误差通常都较大，为了提高补偿精度，机械加工零件形位误差自动化补偿方法将检测获得的数据与理想状态下的磨削曲线进行对比，对法向对应的残余误差进行挖掘，通过单点斜轴消磨方法对机械加工零件形位误差进行补偿。
检测得到的误差值内存在表面灰尘或表面粗糙度产生的干扰等高频信号，为了提高补偿精度，机械加工零件形位误差自动化补偿方法对检测得到的误差值做滤波处理。
图中，Emi代表的是经过滤波处理后获得的残余误差；ΔEi代表的是法向方向对应的残余误差。传统的形位误差补偿方法将z轴方向内存的误差Emi作为残余误差，并对其进行补偿处理。上述方法没有考虑到机械加工零件的测量形状和测量原理，只能对平面的机械加工零件形位误差进行补偿。所以机械加工零件形位误差自动化补偿方法通过磨削曲线提取机械加工零件形位的残余误差。设Di（xi，zi）代表的是存在于理想状态下磨削。
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图2计算法向残余误差
xi、zi分别代表的是点Di（xi，zi）对应的x轴坐标和z轴坐标；zmi代表的是实际磨削点在z轴的坐标。通过上式，可以获得所有存在于实际磨削曲线中的离散点。离散点通过最佳拟合法进行拟合，得到实际磨削曲线方程G（x）。
3结束语
工艺系统的定位误差、刀具磨损、振动误差、热变形、机床变形和刀具变形等因素都会导致机械加工零件出现形位误差，影响机床的加工精度。当前机械加工零件形位误差补偿方法存在误差检测准确率低和补偿精度低的问题，提出机械加工零件形位误差自动化补偿方法，可以准确的对机械加工零件的形位误差进行检测，高精度的完成机械加工零件形位误差的自动化补偿，解决了当前机械加工零件形位误差补偿方法中存在的问题。
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论文作者:张钱行
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/16
标签：误差论文; 零件论文; 机械加工论文; 方法论文; 的是论文; 曲面论文; 精度论文; 《基层建设》2019年第27期论文;