[發明專利]一種主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法

有效

• 申請號: 201010594286.2
• 申請日: 2010-12-19
• 公開（公告）號: CN102069419A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 周曉勤;林潔瓊;段寧華
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B23Q15/013
• 分類號: B23Q15/013
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 魏征驥

1.一種主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法，包括下列步驟：

（一）根據待加工的自由曲面，獲得刀具接觸點，根據所得到的刀具接觸點以及刀具幾何，生成理想的刀位點軌跡；

（二）根據加工需求，在超精密數控車床安裝一臺兩軸FTS和高分辨率傳感器，建立一種實施主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法的系統，用于實現誤差檢測和綜合誤差補償；

其特征在于：

（三）根據刀具與工件之間的綜合誤差在????????????????????????????????????????????????和向的投影分量，對所獲得的理想刀位點軌跡分別在和向進行誤差校正，以獲得實際校正之后的刀位點軌跡；

（四）將校正之后的刀位點軌跡在和向的投影分量分別分解為一個單調平滑趨勢運動和一個擾動運動；

（五）由單調平滑趨勢運動的分量和分量分別生成CNC指令以驅動兩個直線軸和，將擾動運動的分量和分量分別作為FTS的兩個直線軸和的期望輸出進行同步跟蹤。

2.根據權利要求1所述的一種主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法，其特征在于步驟（二）中一種實施主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法的系統包括：

（1）在一臺兩軸超精密數控車床的軸溜板上，安裝一臺兩軸FTS裝置，通過超精密數控車床的兩個直線運動軸（和）以及FTS裝置的兩個直線運動軸（和）之同步運動以主動抵消刀具與工件之間的綜合誤差；

（2）一個高分辨率的回轉光柵安裝在主軸尾端以檢測主軸回轉脈沖，兩個高精密的直線光柵分別用于檢測軸與軸的坐標位置，兩個高分辨率的位移傳感器分別檢測和軸的快速往復運動，溫度傳感器分別安裝在床身和主軸的適當部位以檢測溫度變化，這些檢測信號饋入一個高性能的多軸運動控制器，驅動FTS裝置的和軸以產生與和軸同步的快速往復運動。

3.根據權利要求1所述的一種主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法，其特征在于步驟（三）具體包括下列步驟：

（1）分別測量超精密車床各運動軸之主要運動誤差，建立各運動軸之主要運動誤差對溫度變化量和坐標位置的依賴模型；

（2）分別測量FTS裝置兩個直線軸和之主要運動誤差，建立FTS裝置之主要運動誤差對主軸轉角的依賴模型；

（3）根據超精密車床各運動軸的構型，建立由刀具到機床基礎的運動誤差傳遞鏈以及由工件到機床基礎的運動誤差傳遞鏈，根據齊次坐標變換，獲得由刀具坐標系到工件坐標系的誤差映射矩陣；

（4）根據誤差映射矩陣獲得刀具與工件之間的綜合誤差，該誤差可分別在向和向得到投影分量：和，這兩個誤差投影分量皆包含了超精密車床各運動軸和FTS裝置兩個直線軸之主要運動誤差；

（5）根據金剛石刀尖圓弧與工件軸截面曲線的之接觸點、以及金剛石刀尖圓弧半徑，獲得理想的刀位點，然后按如下方式快速迭代、以獲得刀具與工件之間綜合誤差校正之后的刀位點：

在此，是迭代次數，是第次迭代的實際刀位點，是第次迭代時刀位點的綜合誤差，是第次迭代的誤差。

4.根據權利要求1所述的一種主動誤差抵消的自由曲面超精密車削方法，其特征在于步驟（四）具體包括下列步驟：

對遍歷，獲得刀具與工件之間綜合誤差校正之后的刀位點軌跡如下：

，，；

令，則和可等價表示為和，分別對刀位點的投影分量和進行分解可得到：

式中，和分別是單調平滑趨勢運動，和分別是擾動運動。