[发明专利]基于NURBS曲面的加工误差快速检测补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及机床加工领域，具体涉及一种基于NURBS曲面的加工误差快速检测补偿方法。 

背景技术

随着航空、汽车和模具等行业的发展，自由曲面在零件设计中的应用越来越广泛，自由曲面的加工对精度和效率也有了更高的要求。为了提高自由曲面的加工精度，一般需要对加工误差进行测量、评估和补偿，自由曲面的非回转对称、形状不规则、构造无规律的特点使得对自由曲面的测量变得非常复杂。快速地对自由曲面的加工误差进行精密测量和评估对于加工高精度的自由曲面有着十分重要的意义。 

自由曲面的测量主要可分为离线测量和在机测量两种方式。基于三坐标测量机的离线检测技术可以用来测量自由曲面的精度检测，但是这种测量需要对工件进行搬运、重新装夹和定位，这个过程会带来一定的重定位误差，影响测量的精度。在机测量技术则是在数控铣床上直接对数控加工后的零件进行测量，这避免了离线测量方法中的重定位误差问题。在机测量有接触式测量和非接触式测量两种，目前已经有多种测量原理可以实现对曲面上一点的位置进行测量。 

通过对曲面上一系列点的测量可以实现对曲面加工精度的评估，得到加工曲面的误差分布，从而确定误差补偿的策略。目前对于自由曲面加工误差的测量方案主要有以下几种：1、对被测曲面进行检测路径规划，然后逐一测量曲面上的点，并将检测结果与零件的理想CAD模型进行对比分析，找到各个测点的偏差，从而获得曲面的加工误差，其代表专利为“复杂零件的曲面加工精度的在线检测方法”CN201210266355.6；2、根据加工路径设计测量路径，逐点测量曲面上的点，实时采集测点的面形误差数据，实现整个工件表面的面形误差数据的获取，其代表专利为“基于加工机床的自由曲面原位测量方法”CN201010530776.6；3、测量曲面特征截面的型线，获得曲 面各个特征截面的测量型线点与其对应的真实型线点的误差，用来检测曲面的精度，其代表专利为“一种复杂曲面叶片的检测方法”CN201310021045.2。 

方法1通过大量测量曲面上的点，然后与理想CAD模型进行比较可以得到曲面的加工误差，但是由于测量的点数很多，整个曲面的测量效率会比较低。方法2和方法1类似，只是在每次测量时直接得到的是面形误差数据，避免了海量测量数据的后期数据处理和误差分析，可以提高一定的测量效率，但是依然存在方法1的弊端，大量的测量点使得测量的效率不高。方法3选择了对曲面的特征型线进行测量，这种方法要求的测量点数不多，但是这只能检验精度是否达到要求，不能测出曲面的具体加工误差。 

NURBS曲面可以精确地表示复杂的自由曲面，曲面的形状由控制点、权因子和节点矢量决定，通过改变节点矢量、控制点和权因子可以对原曲面进行调整。 

发明内容

为了提高在机测量方法对自由曲面加工精度的检测效率并对自由曲面进行补偿加工，本发明提供了一种基于NURBS曲面的加工误差快速检测补偿方法。 

一种基于NURBS曲面的加工误差快速检测补偿方法，包括以下步骤： 

1）对设计的NURBS曲面的节点向量UV和控制点C信息进行分析，在设计的NURBS曲面上选取一系列特征点作为待测序列P； 

2）根据设计的NURBS曲面的节点向量UV和控制点C用机床加工曲面，然后用测量头对待测序列P中的待测点进行测量，得到实测序列Q’； 

3）计算实测序列Q’与待测序列P之间的偏差，若偏差小于等于加工精度，则不需要调整； 

若有偏差大于加工精度，根据偏差对待测序列P进行调整，得到补偿序列W； 

4）根据补偿序列W对控制点C进行调整，得到补偿曲面，根据补偿曲面加工，得到与设计的NURBS曲面误差较小的加工曲面。 

步骤1）中，作为优选，所述的待测序列P包括节点向量UV在节点处所对应曲面上的点和曲面上的基本特征点，所述的基本特征点为曲面极值点和曲率最大最小点。上述的点对NURBS曲面的控制较大，即对NURBS曲面的影响较大，选用上述点作为待测序列P，最后通过调整待测序列P得到 补偿序列W，能够得到补偿更加准确的补偿曲面，最后得到误差更加小的加工曲面。 

步骤2）中，用测量头对待测序列P中的待测点进行测量，包括：卸下加工刀具，将接触式测量头安装在机床主轴上，测量时，X轴和Y轴坐标与待测序列P中待测点一致，得到Z轴坐标值，Z轴坐标值需要消除偏差x， 其中R为接触式测量头中测球半径，θ为测点主方向斜率，即θ为接触式测量头中测球与曲面相交处的曲面切线与水平方向所成的角度。