大型回转体零件表面轮廓误差分析与实时补偿的计算方法

李菊生 吴明永（兰州城市学院，甘肃兰州730000）

大型回转体零件表面轮廓误差分析与实时补偿的计算方法

李菊生 吴明永（兰州城市学院，甘肃兰州730000）

随着大型回转体零件在高科技领域的应用，需要严格控制零件表面轮廓测量精度的准确性。但实际制造中误差较大的情况频频出现，因此，对实时补偿方法以及轮廓误差分析的研究与讨论就显得尤为重要。

误差；实时补偿；测量；回转体零件

前言

大型回转体零件在农业、工业、国防、制造、科研等多领域得到全方位应用。作为重要的应用零部件其零件的精准程度对领域应用可产生重要影响。目前加工质量处在不断完善改进的情况。虽然轮廓误差在不断缩小但问题依旧存在，下文对轮廓误差进行分析并提出了补偿计算方法。

一、大型回转体零件表面轮廓误差的成因

目前，大型回转体零件的制造加工主要是利用复合机床为加工主体进行的。专业加工设备优势在于可基本满足于目前应用领域所需回转体零件的加工。复合机床刀具会随着驱动电机对托辊的作用而产生高速旋转，对回转体进行NC辅助切割。因而误差会随着托辊与回转体外部环形产生自身误差，进而也可从回转中心旋转中刀头移动产生。因回转过程中的不规则振动频率无法精准避免托辊与零件两者的轮廓误差扩大。

二、大型回转体零件加工机床的组成结构

大型回转体零件的加工机床是通过运动工作台和运动导轨以及滑动装置台和托辊、主工作轴共同构成，通过把加工零件固定在托辊上保持其高速旋转带动加工零件的转动，并且用主体工作轴对零件外表进行轮廓加工。在整体加工中会产生作用于运动滑台和导轨以及工作台这三方力的作用移动，而且在加工零件内部圆周轮廓时会形成相应的内孔。当旋转移动成直角度数后整体加工完成时，NC系统在全过程中会对三个方向力的移动速度进行控制，进而对完成的整个加工过程进行辅助。

三、大型回转体零件的表面测量和误差补偿

对零件加工机床的表面测量和误差补偿需要通过机床和CMC系统以及测量传感器和旋转角度感应器共同协作完成。CNC系统主要对NC伺服控制和刀头移动轨迹构成，并对其进行移位补偿。计算表面轮廓误差需要通过机床上安装的测量传感器协作完成，通过图1可以看出测量零件表面的V数值和托辊轮廓误差数为△r1和△r2。得出同步旋转角度传感器测量零件角度值为θ并通过分析刀具补偿装置传回的实时处理数值计算得到零件表面误差值。根据零件轮廓误差数值和托辊误差数值计算出切割刀具的补偿值为△x，△y。用数值叠加于刀头移迹中。

四、轮廓表面加工误差产生分析

加工零件盒机床的位置对加工误差有重要影响。当零件选择中因托辊和自身的轮廓误差会让转动中心产生不同频率的接触振动。利用刀具对零件进行切割时误差会按照固定位置转移传导到零件外形轮廓面产生滑行平移。这些情况都会造成误差的产生。

当刀具切割过程中托辊的圆心L距离不断改变。并以R10与R20的连接距离设为X轴并以零件圆心做垂直于X轴的Y轴。则推出零件圆心和托辊圆心的推导公式。设定为b=R+r+△RB+△rB和c=R+r+△Rc+△2c。

略去二阶以及上导数项，令△x-x-f（b，c），△b-b-R-r，△c-c-R-r，可增量整体线性化方程式为

同理

所以△x、△y因而表示为：

通过点A的r增量为△R4，则点A的综合变化值为点A到r增量与点B，C的r增量在R0A方向中的投影和。并由于回转体是刚性体，它位置的变化时随旋转中心位置进行变化。因此，点A的误差数值可以表述为点A的r增量与零件圆心的位置变化与R0A中的数值投影和。为V（A），其公式也可以表示为V（A）=△R4+△x sinβ+△y cosβ

通过带入上述公式整理可得出：

△R（0）为零件轮廓表面误差数值。点A、B、C的表面误差为：△R（0），△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB，θAB是ABC三点的夹角。因此，托辊支撑点的表面轮廓误差可以概况为：△r1（θ|），△r2（θ|）两个表示数值。

公式可以测量A点变化数值。通过△R（θ+θAB），△R（θ+θac），θAB的反应是可以半停支撑点的轮廓误差的［2］。

五、结语

大型回转体零件的加工机床属于重量与体积大的设备，同时加工过程是一项精准细密的制造过程。这就无法避免误差的产生，通过对表面轮廓误差成因的分析和数值实时补偿的计算研究，可以让零件制造得到质量提升。

号：甘肃省高等学校科研项目（2013A-100）