大型回轉體零件表面輪廓誤差分析與實時補償的計算方法

李菊生 吳明永（蘭州城市學院，甘肅蘭州730000）

大型回轉體零件表面輪廓誤差分析與實時補償的計算方法

李菊生 吳明永（蘭州城市學院，甘肅蘭州730000）

隨著大型回轉體零件在高科技領域的應用，需要嚴格控制零件表面輪廓測量精度的準確性。但實際制造中誤差較大的情況頻頻出現，因此，對實時補償方法以及輪廓誤差分析的研究與討論就顯得尤為重要。

誤差；實時補償；測量；回轉體零件

前言

大型回轉體零件在農業、工業、國防、制造、科研等多領域得到全方位應用。作為重要的應用零部件其零件的精準程度對領域應用可產生重要影響。目前加工質量處在不斷完善改進的情況。雖然輪廓誤差在不斷縮小但問題依舊存在，下文對輪廓誤差進行分析并提出了補償計算方法。

一、大型回轉體零件表面輪廓誤差的成因

目前，大型回轉體零件的制造加工主要是利用復合機床為加工主體進行的。專業加工設備優勢在于可基本滿足于目前應用領域所需回轉體零件的加工。復合機床刀具會隨著驅動電機對托輥的作用而產生高速旋轉，對回轉體進行NC輔助切割。因而誤差會隨著托輥與回轉體外部環形產生自身誤差，進而也可從回轉中心旋轉中刀頭移動產生。因回轉過程中的不規則振動頻率無法精準避免托輥與零件兩者的輪廓誤差擴大。

二、大型回轉體零件加工機床的組成結構

大型回轉體零件的加工機床是通過運動工作臺和運動導軌以及滑動裝置臺和托輥、主工作軸共同構成，通過把加工零件固定在托輥上保持其高速旋轉帶動加工零件的轉動，并且用主體工作軸對零件外表進行輪廓加工。在整體加工中會產生作用于運動滑臺和導軌以及工作臺這三方力的作用移動，而且在加工零件內部圓周輪廓時會形成相應的內孔。當旋轉移動成直角度數后整體加工完成時，NC系統在全過程中會對三個方向力的移動速度進行控制，進而對完成的整個加工過程進行輔助。

三、大型回轉體零件的表面測量和誤差補償

對零件加工機床的表面測量和誤差補償需要通過機床和CMC系統以及測量傳感器和旋轉角度感應器共同協作完成。CNC系統主要對NC伺服控制和刀頭移動軌跡構成，并對其進行移位補償。計算表面輪廓誤差需要通過機床上安裝的測量傳感器協作完成，通過圖1可以看出測量零件表面的V數值和托輥輪廓誤差數為△r1和△r2。得出同步旋轉角度傳感器測量零件角度值為θ并通過分析刀具補償裝置傳回的實時處理數值計算得到零件表面誤差值。根據零件輪廓誤差數值和托輥誤差數值計算出切割刀具的補償值為△x，△y。用數值疊加于刀頭移跡中。

四、輪廓表面加工誤差產生分析

加工零件盒機床的位置對加工誤差有重要影響。當零件選擇中因托輥和自身的輪廓誤差會讓轉動中心產生不同頻率的接觸振動。利用刀具對零件進行切割時誤差會按照固定位置轉移傳導到零件外形輪廓面產生滑行平移。這些情況都會造成誤差的產生。

當刀具切割過程中托輥的圓心L距離不斷改變。并以R10與R20的連接距離設為X軸并以零件圓心做垂直于X軸的Y軸。則推出零件圓心和托輥圓心的推導公式。設定為b=R+r+△RB+△rB和c=R+r+△Rc+△2c。

略去二階以及上導數項，令△x-x-f（b，c），△b-b-R-r，△c-c-R-r，可增量整體線性化方程式為

同理

所以△x、△y因而表示為：

通過點A的r增量為△R4，則點A的綜合變化值為點A到r增量與點B，C的r增量在R0A方向中的投影和。并由于回轉體是剛性體，它位置的變化時隨旋轉中心位置進行變化。因此，點A的誤差數值可以表述為點A的r增量與零件圓心的位置變化與R0A中的數值投影和。為V（A），其公式也可以表示為V（A）=△R4+△x sinβ+△y cosβ

通過帶入上述公式整理可得出：

△R（0）為零件輪廓表面誤差數值。點A、B、C的表面誤差為：△R（0），△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB，θAB是ABC三點的夾角。因此，托輥支撐點的表面輪廓誤差可以概況為：△r1（θ|），△r2（θ|）兩個表示數值。

公式可以測量A點變化數值。通過△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB的反應是可以半停支撐點的輪廓誤差的［2］。

五、結語

大型回轉體零件的加工機床屬于重量與體積大的設備，同時加工過程是一項精準細密的制造過程。這就無法避免誤差的產生，通過對表面輪廓誤差成因的分析和數值實時補償的計算研究，可以讓零件制造得到質量提升。

號：甘肅省高等學校科研項目（2013A-100）