[發明專利]一種基于粒子群算法的弧面凸輪機械加工工藝系統誤差溯源方法

有效

• 申請號: 201410344241.8
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104123413B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發明（設計）人: 要義勇;王旭;趙麗萍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G05B19/404
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于弧面凸輪的加工誤差溯源與質量控制領域，涉及一種基于粒子群算法的弧面凸輪機械加工工藝系統誤差溯源方法。

背景技術

在機械工程領域，作為數控機床圓盤式刀庫的核心傳動裝置，弧面凸輪直接決定了加工時刀具的位置以及換刀時的效率，因此對數控機床的加工效率和加工精度具有很大影響。但是目前我國制造的弧面凸輪與國際先進水平仍有很大差距，主要體現為以下幾點不足：1)承載能力差，振動、噪聲與沖擊現象明顯；2)可靠性差，不適宜高速場合；3)使用壽命短，易出現凸輪齒面膠合和塑性變形等失效現象。究其原因，除了材料選擇不當外，主要是對弧面凸輪加工中的各項工藝系統誤差缺乏研究，因此無法在加工過程中對其進行誤差補償和質量控制。因此，亟需對加工中弧面凸輪加工工藝系統誤差的識別方法進行研究。

弧面凸輪加工工藝系統誤差識別是指根據加工后弧面凸輪的分度曲線反求其關鍵工藝系統誤差，具體包括求解工藝系統誤差類型和具體參數兩部分。但是現有弧面凸輪工藝系統誤差的研究主要集中于工藝系統誤差對弧面凸輪廓面的影響，存在以下兩點不足：1)只揭示了工藝系統誤差與弧面凸輪廓面之間的關系，而沒有研究工藝系統誤差與弧面凸輪分度曲線之間的關系，但在實際檢測時弧面凸輪廓面復雜，難于檢測，而分度曲線則可以通過弧面凸輪傳動直接獲取；2)研究結果只能由工藝系統誤差正向推導弧面凸輪的實際廓面，無法實現反向推導，而實際中恰恰需要根據加工后已知的弧面凸輪廓面去反向求解未知的工藝系統誤差。因此，為了彌補以上研究現狀的不足，需要一種新的弧面凸輪加工工藝系統誤差溯源方法，從而據此對弧面凸輪的加工工藝系統誤差進行有效補償，提高弧面凸輪的加工精度和加工質量。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于粒子群算法的弧面凸輪機械加工工藝系統誤差溯源方法。

為達到上述目的，本發明采用了以下技術方案：

(1)基于空間坐標變換方法建立工藝系統誤差至弧面凸輪分度曲線的誤差傳遞模型；

(2)構造基于最小二乘的粒子群算法適應度函數模型；

(3)獲取弧面凸輪的實際分度曲線作為測試樣本，然后根據所述誤差傳遞模型由粒子群算法計算工藝系統誤差，針對同一個測試樣本通過多次計算工藝系統誤差并取均值的方法得到最終的工藝系統誤差。

所述步驟(1)包括如下具體流程：

1)弧面凸輪加工工藝系統空間模型建立

在建立整體坐標系OXYZ、分度盤動坐標系O₁X₁Y₁Z₁以及弧面凸輪動坐標系O₂X₂Y₂Z₂三個坐標系的基礎上，應用坐標變換矩陣對弧面凸輪及與弧面凸輪嚙合的滾子之間的關系進行數學描述，從而確定工藝系統誤差傳遞過程中的數值變化；

2)工藝系統誤差至弧面凸輪分度曲線的誤差傳遞模型建立

通過弧面凸輪加工工藝系統空間模型，推導出弧面凸輪偏移誤差ΔB、中心距誤差ΔC及刀具擺角誤差Δθ至弧面凸輪輸出的實際分度曲線的傳遞關系模型，所述傳遞關系模型是分度曲線的隱式表達式。

所述弧面凸輪加工工藝系統空間模型建立包括以下步驟：

第一，建立弧面凸輪加工工藝系統的坐標系

1)整體坐標系OXYZ：將分度盤旋轉中心與弧面凸輪軸線中點的連線作為X軸，將分度盤的軸線作為Z軸，根據X軸和Z軸方向依據右手螺旋法則得到Y軸方向；

2)分度盤動坐標系O₁X₁Y₁Z₁：將滾子的軸線作為X₁軸，Z₁軸與OXYZ坐標系的Z軸重合，根據X₁軸和Z₁軸方向依據右手螺旋法則得到Y₁軸方向；

3)弧面凸輪動坐標系O₂X₂Y₂Z₂：X₂軸與X軸相差θ₂，Y₂軸與弧面凸輪的回轉軸線重合，Z₂軸根據X₂軸和Y₂軸方向依據右手螺旋法則得到；

第二，建立滾子曲面方程