[发明专利]大型回转体零件表面轮廓误差测量及实时补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于回转体领域加工领域，具体涉及一种回转体零件表面轮廓误差测量及切削加工过程误差实时补偿的方法。

背景技术

在大型回转体零件的加工中，由于回转体的直径一般都超过两米，零件尺寸和重量较大，通常采用托辊支撑机构来支撑起回转体零件，依靠托辊与回转体之间的摩擦力，托辊带动回转体旋转，回转体旋转时铣刀沿径向进给实现对回转体零件的加工。但是，回转体零件和托辊外部轮廓误差会引起回转中心的跳动，从而造成加工误差。因此，加工大型回转体零件时，必须测量回转体零件和托辊外部轮廓误差，对回转中心的跳动进行误差补偿。

现有的回转体加工的在线测量与误差补偿方法一般是在车床主轴上安装一个标准球，测量该球的跳动作为主轴的跳动，而测量值中实际包含了球的形状误差，因此应从测量值中将球的形状误差部分分离出去，计算得到主轴跳动的真实值，刀具按照主轴的跳动进行补偿，从而保证刀具与回转体的相对位移，提高回转体的加工精度。而在大型回转体零件的加工中，由于回转体采用托辊结构支撑，铣刀加工，回转体旋转时并没有相似的主轴结构、回转体零件表面轮廓误差不宜测量，因此这种方法无法测得主轴的跳动，不能对大型回转体零件的加工进行在线检测与误差补偿。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种回转体零件表面轮廓误差测量及实时补偿方法，该方法能精确测量大型回转体零件的表面轮廓误差，并计算得到加工过程中回转体零件回转中心跳动，从而对回转中心的跳动进行误差补偿，提高大型回转体零件的加工精度。

为实现此目的，本发明的一种回转体零件表面轮廓误差测量及实时补偿方法，用于对利用托辊支撑的回转体零件的表面轮廓误差进行测量并在加工中实时补偿，实现精确加工，其中所述支撑回转体的托辊沿轴线对称设置在回转体两侧，并与回转体轮廓表面相切接触，该方法包括如下步骤：

步骤1）:分别确定过每个托辊与回转体轮廓表面切点的公切线，并进而得到两公切线相交所形成的夹角。

步骤2）:利用托辊带动回转体零件旋转一周，对回转体零件轮廓表面均匀采样，得到周向均匀分布的多个采样点，测量各采样点处的综合误差，并同时测量托辊上与各采样点对应处的托辊轮廓误差，其中综合误差由回转体零件轮廓误差和托辊轮廓误差组成。

步骤3）:根据所述回转体轮廓综合误差和托辊轮廓误差，计算得到各个采样点处的回转体零件表面轮廓误差；

步骤4）:加工时，利用位移传感器对托辊半径误差进行实时测量，由托辊轮廓误差的实时测量值及步骤3）所得的回转体零件表面轮廓误差值获得各个采样点的误差补偿值，即可实现加工中实时误差补偿。

本发明的步骤1）中，优选采用4个半径相同的托辊形成前后2对支架，每对支架相对回转体形成V形支撑。根据大型回转体零件、托辊的半径及回转体径向分布两托辊轴心间的距离计算托辊形成V形支架的夹角：其中r是大型回转体零件的半径，r₂是托辊的半径，L是托辊轴心的距离。

本发明的步骤2）中，对回转体零件的综合误差及托辊轮廓误差进行在线测量可采用以下方法：

针对回转体零件由托辊带动旋转无固定回转中心的特点，将传感器垂直安装于铣刀主轴上，反向测量回转体零件的轮廓误差，而托辊是绕着托辊的轴心旋转，其轮廓半径误差可以通过在轴心安装传感器实现实时检测。测量过程如下：托辊带动回转体零件旋转；传感器随时都在输出测量数据；回转体零件每旋转过一个固定的角度计算机拾取三个传感器的测量数据。最终获得三组数据：

V=[V(0)，V(1)，…V(N-1)]^T，

R₂=[R₂(0)，R₂(1)，…R₂(N-1)]^T，

R₃=[R₃(0)，R₃(1)，…R₃(N-1)]^T，

其中，N表示一周的采样点数，V表示回转体零件在采样点处的综合误差，R₂、R₃分别表示与采样点相对应的两个托辊的支撑点处的半径误差（轮廓误差）。

本发明的步骤3）中，对步骤2）所得的测量数据进行处理以得到回转体零件表面轮廓误差的方法如下：

测量点（采样点）的综合误差值与回转体表面轮廓误差及托辊轮廓误差的关系式为：