專利名稱：一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法
技術領域：
本發明涉及機械加工領域，特別涉及一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法。
背景技術：
夾具是用來在加工過程中定位并夾緊工件的裝置。它在縮短制造周期、保證加工質量等方面具有相當重要的作用，并由此而降低了生產成本。但夾具系統存在的誤差成為影響加工質量的重要因素之一。夾具的定位元件用來建立基準坐標系，而刀具依據機床坐標系運動。當定位元件存在誤差時，基準坐標系便產生偏移與旋轉，從而出現與機床坐標系未對準的現象，導致工件產生位姿偏差，使得加工表面誤差增大。以3-2-1定位方案為例，定位元件采用球形支承釘，與工件之間呈點接觸。忽略夾緊誤差的影響，則各支承釘的布局方式以及各自的誤差都會對表面偏差造成影響。如何建立工件表面偏差與夾具系統誤差之間的關系模型，而對夾具系統誤差提供分析依據，已成為國內外很多學者研究的方向，并已對此開展了廣泛的研究。例如<1>對于定位元件誤差比較小時，定位元件的誤差與工件的位置變化呈線性關系 (參見Laloum and Weil，夾具的定位誤差對工件幾何精度的影響，Proceedings of CIRP Conference on PE and Ms,1991，215—225.)；<2>用變分法提出了夾具布局的穩健設計方法，通過合理的安排定位元件的布局， 使工件的表面誤差及夾具的安裝誤差達到最小，(參見W.Cai，J.Hu，and J. Yuan，三維工件中穩健性夾具布局設計的變分方法，J. Mf. Sci. Eng.，vol. 119，pp. 593-602，1997.)；<3>建立模型來分析定位元件的公差方案對基準的建立、工件線性特征的幾何誤差的影響，(參見S. A. Choudhuri and Ε. C. De Meter，機床夾具定位元件的公差分析，ASME， J. Mf, Sci.Engng，1999，121,273-281.)；<4>用小偏差非共面直線對的方法建立了工件的幾何誤差、定位元件的幾何誤差以及夾緊力誤差的綜合誤差模型，從而得出工件表面加工點的補償值。(參見J N Asante,用于工夾系統公差分析中的小偏差非共面直線對模型，Proc. ImechE Part B :J.Engineering Manufacture 223 (8) (2009) :1005-1020 DOI 10.1243/09544054JEM1337.)；<5>秦國華等分析了工件位置誤差、彈性變形和基準重合誤差對工件加工精度的影響，提出了一種基于線性規劃法工件穩定性的建模和應用。并且利用數學算法分析了夾具定位方案的最優設計。進一步提出了基于矢量角度和優化技術的定位誤差自動算法， 該方法為計算機輔助夾具設計提供了理論基礎，(參見用于分析及優化夾具定位方案設計的數學方法，International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006， 29(6) :349-359.),(參見工夾系統幾何誤差的系統化建模及在工件加工誤差預測中的應用，Transactions of the ASME，Journal of Manufacturing Science and Engineering，2007,129(4) :789-801.),(參見基于矢量角度和優化技術的定位誤差新算法[J].計算機集成制造系統，2009，12 (12，2445 2450.)；<6>建立了刀具、夾具、基準與工件加工精度的綜合誤差模型，(參見Xia0-Jin Wan, Cai-Hua Xiong, etc.誤差評定的綜合模型及加工調整，hternational Journal of Machine Tools & Manufacture,48(2008) 1198-1210.)；<7>融亦鳴等建立了定位偏差模型，將前人方法中忽略的工件與定位元件之間的滑動誤差也加入到模型中，(融亦鳴，張發平，盧繼芳，現代計算機輔助夾具設計，北京理工大學出版社，2010. 4.)等；發明人在實現本發明的過程中，發現現有技術中至少存在以下缺點和不足上述模型本質上都屬于(Asada，1985)給出的模型的原型或擴展，不足之處在于， 盡管建立的誤差模型都不相同，但都沒有給出夾具誤差的提取方法，即所有的模型都建立在夾具誤差已知的基礎上。眾所周知，在實際加工中，每個定位元件的形狀、尺寸誤差都不相同，再者由于布局方式的不同以及安裝誤差的差異，使得造成的工件偏差也是不同的。因此夾具誤差的精確提取對建立基準、計算工件偏差以及誤差補償都有重要的意義。
發明內容
為了能夠精確的提取到夾具誤差，本發明提供了一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，詳見下文描述一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，所述方法包括以下步驟(1)獲取夾具系統綜合誤差參數模型；(2)搭建在機檢測平臺，根據在機檢測技術和所述系統綜合誤差參數模型確定工件在機床坐標系下的位置和姿態偏差(3)根據所述工件在機床坐標系下的位置和所述姿態偏差Δ qw建立夾具系統綜合誤差補償模型，根據補償運算確定刀具運動軌跡各點的機床三個方向的補償值。步驟(1)中的所述夾具系統綜合誤差參數建模，獲取夾具系統綜合誤差參數模型具體為接觸點Pci由公式(1)和公式⑵表示
權利要求
_觸點坐標矩陣，N = diag[ni L n6] e R18x6表示-工件系統的接觸約束條件為
1.一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)獲取夾具系統綜合誤差參數模型；(2)搭建在機檢測平臺，根據在機檢測技術和所述系統綜合誤差參數模型確定工件在機床坐標系下的位置和姿態偏差(3)根據所述工件在機床坐標系下的位置和姿態偏差Aqw建立夾具系統綜合誤差補償模型，根據補償運算確定刀具運動軌跡各點的機床三個方向的補償值。
2.根據權利要求1所述的一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，步驟(1)中的所述夾具系統綜合誤差參數建模，獲取夾具系統綜合誤差參數模型具體為接觸點Pa由公式⑴和公式⑵表示
3.根據權利要求1所述的一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，步驟中的所述搭建在機檢測平臺具體為采用雷尼紹0MP60測頭，結合SKY2001開放式數控系統搭建所述在機檢測平臺。
4.根據權利要求1所述的一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，步驟中的所述根據在機檢測技術和所述系統綜合誤差參數模型確定工件在機床坐標系下的位置和姿態偏差具體為通過所述在機檢測技術在每個球形定位支承釘的球面上各測量四個點，得到各點在機床坐標系下的坐標值；通過測量點擬合出六個球面，獲取六個球形定位支承釘的實際球心坐標0Γ和相應的實際半徑R『；將主定位面上的三個實際球心擬合為一個平面，主定位面的單位法向向量為nm ；根據所述主定位面的單位法向向量！^和側面的兩個實際球心確定側面的單位法向向量ns;根據所述側面的單位法向向量ns和所述主定位面的單位法向向量nm確定止推面的單位法向矢量nt，以及接觸點法向量矩陣N = diag(nm，nm，nm，ns，ns，nt)；工件與第i個球形定位支承釘的接觸點Pra位于相應的實際球心0Γ沿著其單位法向向量的方向行一個半徑的位置，即< =ΟΓ+R；^，獲取接觸點坐標矩陣H ；根據各球形定位支承釘的理論球心位置和所述實際球心位置0Γ確定定位元件位置偏差矩陣Arf ；并確定接觸點Pa法向誤差矩陣Arn ；根據所述接觸點法向量矩陣N、所述接觸點坐標矩陣H、所述定位元件位置偏差矩陣 Arf和所述法向誤差矩陣ΔΓη確定所述工件在機床坐標系下的位置和所述姿態偏差Δ qw。
5.根據權利要求4所述的一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，所述根據所述主定位面的單位法向向量nm和側面的兩個實際球心確定側面的單位法向向量\具體為通過ns丄nm，nsl SF^z確定所述側面的單位法向向量rV^4 5
6.根據權利要求4所述的一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，所述根據所述側面的單位法向向量\和所述主定位面的單位法向向量1^確定止推面的單位法向矢量nt具體為所述止推面的單位法向矢量nt，由nt = nsXnm確定。
7.根據權利要求1所述的一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，其特征在于，步驟(3)中的所述根據所述工件在機床坐標系下的位置和所述姿態偏差Aqw建立夾具系統綜合誤差補償模型，根據補償運算確定刀具運動軌跡各點的機床三個方向的補償值具體為根據坐標變換理論，切削點P與P'有如下關系
全文摘要
本發明公開了一種實現夾具系統綜合誤差提取及確定補償值的方法，涉及機械加工領域，所述方法包括以下步驟獲取夾具系統綜合誤差參數模型；搭建在機檢測平臺，根據在機檢測技術和所述系統綜合誤差參數模型確定工件在機床坐標系下的位置和姿態偏差ΔqW；根據坐標變換理論建立夾具系統綜合誤差補償模型，通過補償運算確定刀具運動軌跡各點的機床三個方向的補償值。本發明清晰而簡捷地闡明了夾具系統誤差與工件位姿偏差之間的映射關系，理論依據充分；提供了簡潔而精確的誤差提取方法；可實現夾具誤差的精密測量與計算。依據本發明，可以實現實時加工補償，從而提高加工精度。
文檔編號B23Q15/007GK102225516SQ20111015424
公開日2011年10月26日 申請日期2011年6月9日 優先權日2011年6月9日
發明者丁伯慧, 何改云, 楊保龍, 胡春霞 申請人:天津大學