[发明专利]一种实现夹具系统综合误差提取及确定补偿值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种实现夹具系统综合误差提取及确定补偿值的方法。

背景技术

夹具是用来在加工过程中定位并夹紧工件的装置。它在缩短制造周期、保证加工质量等方面具有相当重要的作用，并由此而降低了生产成本。但夹具系统存在的误差成为影响加工质量的重要因素之一。

夹具的定位元件用来建立基准坐标系，而刀具依据机床坐标系运动。当定位元件存在误差时，基准坐标系便产生偏移与旋转，从而出现与机床坐标系未对准的现象，导致工件产生位姿偏差，使得加工表面误差增大。

以3-2-1定位方案为例，定位元件采用球形支承钉，与工件之间呈点接触。忽略夹紧误差的影响，则各支承钉的布局方式以及各自的误差都会对表面偏差造成影响。如何建立工件表面偏差与夹具系统误差之间的关系模型，而对夹具系统误差提供分析依据，已成为国内外很多学者研究的方向，并已对此开展了广泛的研究。例如：

<1>对于定位元件误差比较小时，定位元件的误差与工件的位置变化呈线性关系(参见Laloum and Weil，夹具的定位误差对工件几何精度的影响，Proceedings of CIRP Conference on PE and Ms，1991，215-225.)；

<2>用变分法提出了夹具布局的稳健设计方法，通过合理的安排定位元件的布局，使工件的表面误差及夹具的安装误差达到最小，(参见W.Cai，J.Hu，and J.Yuan，三维工件中稳健性夹具布局设计的变分方法，J.Mf.Sci.Eng.，vol.119，pp.593-602，1997.)；

<3>建立模型来分析定位元件的公差方案对基准的建立、工件线性特征的几何误差的影响，(参见S.A.Choudhuri and E.C.De Meter，机床夹具定位元件的公差分析，ASME，J.Mf，Sci.Engng，1999，121，273-281.)；

<4>用小偏差非共面直线对的方法建立了工件的几何误差、定位元件的几何误差以及夹紧力误差的综合误差模型，从而得出工件表面加工点的补偿值。(参见J N Asante，用于工夹系统公差分析中的小偏差非共面直线对模型，Proc.ImechE Part B：J.Engineering Manufacture 223(8)(2009)：1005-1020 DOI：10.1243/09544054JEM1337.)；

<5>秦国华等分析了工件位置误差、弹性变形和基准重合误差对工件加工精度的影响，提出了一种基于线性规划法工件稳定性的建模和应用。并且利用数学算法分析了夹具定位方案的最优设计。进一步提出了基于矢量角度和优化技术的定位误差自动算法，该方法为计算机辅助夹具设计提供了理论基础，(参见用于分析及优化夹具定位方案设计的数学方法，International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2006，29(6)：349-359.)，(参见工夹系统几何误差的系统化建模及在工件加工误差预测中的应用，Transactions of the ASME，Journal of Manufacturing Science and Engineering，2007，129(4)：789-801.)，(参见基于矢量角度和优化技术的定位误差新算法[J].计算机集成制造系统，2009，12(12，2445～2450.)；

<6>建立了刀具、夹具、基准与工件加工精度的综合误差模型，(参见Xiao-Jin Wan，Cai-Hua Xiong，etc.误差评定的综合模型及加工调整，International Journal of Machine Tools & Manufacture，48(2008)1198-1210.)；

<7>融亦鸣等建立了定位偏差模型，将前人方法中忽略的工件与定位元件之间的滑动误差也加入到模型中，(融亦鸣，张发平，卢继芳，现代计算机辅助夹具设计，北京理工大学出版社，2010.4.)等；

发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：