[发明专利]一种高效精密加工扬矿管道的误差与路径补偿方法

权利要求书

1.一种高效精密加工扬矿管道的误差与路径补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、提供超声磨削加工装置，包括安装于机床工作台上的超声变幅杆、安装于所述超声变幅杆上的压电致动器、安装于所述超声变幅杆振动输出端的高速电机、通过传动轴与所述高速电机连接的偏心盘、安装于所述偏心盘上并与所述偏心盘轴线非共轴设置的偏心件、安装于所述偏心件上并与所述偏心件轴线共轴设置的砂轮以及用于卡紧扬矿管的卡盘；

步骤二、计算扬矿管误差，将扬矿管卡紧于所述卡盘上，所述扬矿管包括具有外螺纹的扬矿管接头，在外螺纹上选取测试点A，测试点A的初始坐标参数为(x，y，z，θ)，假设按进给速度fz、旋转速度θ_v对扬矿管进行加工，则可计算得出测试点A运动后的理论坐标参数为(x1，y1，z1，θ₁)，经过t时间的加工，测得测试点A的实际坐标参数为(x2，y2，z2，θ₂)，则计算得出扬矿管误差为：

其中，x为测试点A在x轴上的初始坐标，y为测试点A在y轴上的初始坐标，z为测试点A在z轴上的初始坐标，θ为测试点A的初始坐标偏离中心点的角度；x1为测试点A运动后在x轴上的理论坐标的，y1为测试点A运动后在y轴上的理论坐标，z1为测试点A运动后在z轴上的理论坐标，θ₁为测试点A运动后的理论坐标偏离中心点的角度；x2为测试点A运动后在x轴上的实际坐标，y2为测试点A运动后在y轴上的实际坐标，z2为测试点A运动后在z轴上的实际坐标，θ₂为测试点A运动后的实际坐标偏离中心点的角度；

步骤三、计算砂轮误差，在砂轮边缘上选取测试点B，测试点B的初始坐标参数为(x3，y3，z3，ψ₃)，假设砂轮按竖直进给速度fz1运动，则可计算得出测试点B的理论坐标参数为(x4，y4，z4，ψ₄)，经过t1时间的运动，测得测试点B的实际坐标参数为(x5，y5，z5，ψ₅)，则计算得出砂轮误差为：依据公式计算。

其中，x3为测试点B在x轴上的初始坐标，y3为测试点B在y轴上的初始坐标，z3为测试点B在z轴上的初始坐标，ψ₃为测试点B的初始偏转角度；x4为测试点B运动后在x轴上的理论坐标，y4为测试点B运动后在y轴上的理论坐标，z4为测试点B运动后在z轴上的理论坐标，ψ₄为测试点B的理论偏转角度；x5为测试点B运动后在x轴上的实际坐标，y5为测试点B运动后在y轴上的实际坐标，z5为测试点B运动后在z轴上的实际坐标，ψ₅为测试点B的实际偏转角度；

步骤四、误差补偿，扬矿管的外螺纹上的任意点C，假设该任意点C的初始位置的坐标参数为(x6，y6，z6，θ₆)，理想位置的坐标参数为(x7，y7，z7，θ₇)，则从初始位置移动到理想位置需要补偿的偏差为：

其中，x6为任意点C在x轴上的初始坐标，y6为任意点C在y轴上的初始坐标，z6为任意点C在z轴上的初始坐标，θ₆为；x7为任意点C运动后在x轴上的理论坐标，y7为任意点C运动后在y轴上的理论坐标，z7为任意点C运动后在z轴上的理论坐标，θ₇为；

砂轮边缘上的任意点D，假设该任意点D的初始位置的坐标参数为(x8，y8，z8，ψ₈)，理想位置的坐标参数为(x9，y9，z9，ψ₉)，则从初始位置移动到理想位置需要补偿的偏差为：

其中，x8为任意点D在x轴上的初始坐标，y8为任意点D在y轴上的初始坐标，z8为任意点D在z轴上的初始坐标，ψ₈为任意点D的初始偏转角度；x9为任意点D运动后在x轴上的理论坐标，y9为任意点D运动后在y轴上的理论坐标，z9为任意点D运动后在z轴上的理论坐标，ψ₉为任意点D的理论偏转角度；

步骤五、确定磨削加工参数中的最优砂轮转速n_op及最大磨削深度h_op；

步骤六、计算机床路径上需要补偿的位移偏差，将磨削力系数设为k_s，则激励力F为

F＝k_sb(h-d sin(2πnt))

其中，h为，n为，d为传动轴轴线与偏心件轴线间的距离，t为；

通过有限元法计算获得安装在机床工作台上的超声装置，高速电机等装置组成系统的弯曲刚度为K_w，则在激励力作用下的竖直方向位移变化为：

其中，l为砂轮中心截面到超声振动变幅杆振动输出端中心点的距离，s为超声振动变幅杆振动输出中心点到机床工作台截面的距离；

转角为：

则由于转角引起的水平与竖直方向的位移变为：

x_s＝r sinζ_s

y_s，y＝r cosζ_s

步骤七、路径补偿，设定机床卡盘卡紧扬矿管的原定位点的坐标为(x_f，y_f，z_f，θ_f)，则补偿后的定位点的坐标为：

x_f，w＝x_f+x_w

y_f，w＝y_f+y_w

z_f，w＝z_f+z_w

θ_f，w＝θ_f+θ_w

设定机床移动台的原定位点的坐标为(x_b，y_b，z_b，θ_b)，则补偿误差后的定位点的坐标为：

x_b，c＝x_b+x_c+x_s

y_b，c＝y_c+y_s+y_s，y

z_b，c＝z_b+z_c

θ_b，c＝θ_c+θ_c。