“s”形加工样件的复合CNC加工中心几何误差逆向追踪
伯特利数控 加工中心 钻攻中心
前言：
目前，在加工中心精度检验与验收中，不仅要用双频激光干涉仪检测加工中心各运动轴的定位精度，还要求加工中心加工标准样件达到规定的精度要求。目前较为广泛使用的标准样件有“s”形零件、“锥台体”零件和“圆形一菱形一方形”零件，这些样件都需要用到加工中心多轴联动的功能，因此这些样件的加工缺陷也是加工中心多个误差因素综合作用的结果。加工中心的误差源众多，以本文研究的复合cnc加工中心为例，每个运动轴都有6项运动误差，共30项运动误差，且两轴之间还存在不垂直度误差，因此共有37项误差参数。如何在众多的误差影响因素中，通过检测加工样件来逆向追踪寻找引起加工缺陷的主要影响因素是一个非常有理论意义和实用价值的研究课题。对于不可直接测量的误差源，一般首先用伩器测量出与所要辨识的误差成分相关联的中间量，然后通过精确、有效的误差辨识数学模型估计出影响加工精度的误差成分，因此误差辨识要求测量出的中间量具有对误差原因的可溯性。美国的劳伦斯利物莫国家实验室、普渡大学和国家*等，日本的京都大学、防卫大学和九州大学等，英国的国家物理实验所、克兰菲尔德大学和曼彻斯特大学等以及其他一些国家和地区对新型检测仪器研制和误差溯源理论研究都相继作了有力度的投入，并取得了卓有成效的研究成果[u2]。hong[3]等从标准试棒-微位移传感器-编码器法检测出发成功地溯源到各个单项运动误差。kim等[4]采用白光干涉测头设计了超精密三维测量系统。jungn等用接触式测头对加工中心各坐标方向进行在线测量。gao等[6]用光电自准直仪检测主轴偏角误差，用电容位移测头测出了主轴轴向跳动误差，用直尺和电容位移测头结合检测出了导轨直线度误差。gao等[7]利用便携式主导轴和电容测头对纳米级的主轴径向和轴向跳动误差进行了检测。一些学者[8_11]利用激光干涉仪根据精密球的反射对加工中心各项部件误差进行检测，用聚光镜对激光光速进行集中，后根据检测误差结果利用软件进行了误差补偿，这种方法使高精度加工费用降低。按照一定的加工条件对工件表面进行加工，再通过直接检测工件表面的形貌特征来追溯误差，这种表面评价方法可以快捷并得到令人满意的溯源结果。对于加工工件的检测，用的比较多的是轮廓仪和干涉仪[12-14]。
本文根据“s”形样件曲面数学模型，将曲面上各个点沿曲面法线方向投影，逆向推导“s”形样件缺陷曲面对应复合cnc加工中心刀具中心的实际位置，求解实际加工曲面到加工中心的映射关系。基于多体系统误差分析理论来建立复合cnc加工中心加工缺陷生成模型，利用刀具中心位置点和刀具方向矢量叠加的方法从加工中心角度来求解曲面上任意位置点的表达式，进而推导曲面上各个加工点对应误差的表达式。基于复合加工中心实际加工的“s”形加工样件，
建立影响曲面精度的误差参数敏感度和影响分析模型，提出关键误差参数逆向追踪分析方法，计算各项参数产生的误差占总体误差的比例，从而实现关键误差参数的辨识，查找对加工缺陷影响较大的误差参数。
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本文根据“s”形样件曲面数学模型，将曲面上各个点沿曲面法线方向投影，逆向推导“s”形样件缺陷曲面对应复合cnc加工中心刀具中心的实际位置，求解实际加工曲面到加工中心的映射关系。基于多体系统误差分析理论来建立复合cnc加工中心加工缺陷生成模型，利用刀具中心位置点和刀具方向矢量叠加的方法从加工中心角度来求解曲面上任意位置点的表达式，进而推导曲面上各个加工点对应误差的表达式。基于复合加工中心实际加工的“s”形加工样件，
建立影响曲面精度的误差参数敏感度和影响分析模型，提出关键误差参数逆向追踪分析方法，计算各项参数产生的误差占总体误差的比例，从而实现关键误差参数的辨识，查找对加工缺陷影响较大的误差参数。
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