专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202510086646.4 | 申请日 | 2025-01-20 |
公开(公告)号 | CN119689979A | 公开(公告)日 | 2025-03-25 |
申请人 | 长沙思胜智能设备有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
发明人 | 陈留洋; 李敢; 王文周; 刘代波; 陈彬; 陈雪林; | 第一发明人 | 陈留洋 |
权利人 | 长沙思胜智能设备有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
当前权利人 | 长沙思胜智能设备有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
省份 | 当前专利权人所在省份:湖南省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:湖南省长沙市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:湖南省长沙市长沙县干杉镇石弓湾村 | 邮编 | 当前专利权人邮编:410132 |
主IPC国际分类 | G05B19/404 | 所有IPC国际分类 | G05B19/404 ; B23Q15/013 ; B23Q17/24 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 长沙市标致专利代理事务所 | 专利代理人 | 曾向庄; |
摘要 | 本 发明 属于机加工技术领域,具体涉及一种 涡轮 盘 榫 槽六轴拉床运动误差识别与参数补偿方法,包括以下步骤:S1、以激光测量装置的激光发射点为基准点,收集六轴拉床各种加工运动的运动数据;将激光测量装置收集到的运动数据与六轴拉床自身的光栅格监测系统采集到的对应运动数据进行对比,并计算出两者收集到的数据的偏差值;S2、基于步骤S1中得到的偏差值,对六轴拉床各种运动的误差,以最小二乘法分别拟合形成对应的线性函数;S3、实际加工时,使六轴拉床采用与步骤S1中相同的运动参数;再根据S2中得到的线性函数,计算出六轴拉床各种运动需要补偿的误差值,并进行补偿。 | ||
权利要求 | 1.一种涡轮盘榫槽六轴拉床运动误差识别与参数补偿方法,其特征在于,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 一种涡轮盘榫槽六轴拉床运动误差识别与参数补偿方法技术领域背景技术[0002] 涡轮盘是航空发动机中的核心部件之一,其主要功能是安装和固定涡轮叶片,以实现功率的传递。在高温、高压和高转速的苛刻工作条件下,涡轮盘需要承受复杂的载荷。因此,其材料通常选用高温合金或钛合金,以确保在极端环境下的可靠性和耐久性。涡轮盘的设计和制造对发动机的整体性能具有决定性的影响,其精度和质量直接关系到发动机的推重比、可靠性和安全性。涡轮盘的尺寸精度和表面质量要求极高,加工过程中容易出现变形和表面缺陷。尤其是涡轮盘的榫槽加工精度对涡轮叶片的性能具有至关重要的影响。 [0003] 现在技术中,采用专门的榫槽拉床来对涡轮盘进行榫槽加工,但在榫槽拉床装配完成后,由于拉床零部件自身的重力作用,可能会导致拉床在运动响应时间和运动位置上出现显著的延迟;另外重力作用还可能会引起相关零部件出现较大的变形,从而降低整个机床对榫槽加工的精度。因此,需要对涡轮盘榫槽六轴拉床的运动误差进行识别与参数补偿。 发明内容[0004] 本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种涡轮盘榫槽六轴拉床运动误差识别与参数补偿方法。 [0005] 以下对本发明的技术方案进行详细说明: [0006] 本发明针对的卧式六轴数控拉床的运动可分为以下运动: [0007] (1)刀具的运动 [0008] 刀具沿X轴方向移动; [0009] (2)绕Y轴旋转的运动 [0010] 即由卧式六轴数控拉床的C形摇篮所控制的绕Y轴(常称为A轴)旋转的运动; [0011] (3)绕Z轴旋转的运动 [0012] 即由卧式六轴数控拉床的转台控制的绕Z轴旋转的运动; [0013] (4)X轴运动 [0015] (5)Y轴运动 [0016] 即卧式六轴数控拉床的工作台沿Y轴方向的运动,也称前后运动。 [0017] 所述卧式六轴数控拉床的运动位置均由光栅格监测系统来识别是否达到设定位置,其运动误差主要是多种运动配合所造成的相对误差;有可能光栅格监测系统的监测结果表明己到达了设定位置,而实际上由于光栅格监测系统的相关配对装置发生了相对运动,使得参考基准点产生了相对运动,从而造成监测结果有误差。基于上述情况,需要构建一个理论参考坐标系与基准点,基于运动学推导各个运动实际运动与理论运动运动位置间的关系,通过其它测量装置来测量位移数据,以识别各个运动误差。 [0018] 本发明的技术方案是:一种涡轮盘榫槽六轴拉床运动误差识别与参数补偿方法,其特征在于,包括以下步骤: [0019] S1、误差识别 [0020] 以激光测量装置的激光发射点为基准点,收集六轴拉床各种运动的运动数据;将激光测量装置收集到的运动数据与六轴拉床自身的光栅格监测系统采集到的对应运动数据进行对比,并计算出两者收集到的数据的偏差值; [0021] S2、基于步骤S1中得到的偏差值,对六轴拉床各种运动的误差,以最小二乘法分别拟合形成对应的线性函数; [0022] S3、参数补偿 [0023] 使六轴拉床采用与步骤S1中相同的运动参数;再根据S2中得到的线性函数,计算出六轴拉床各种运动需要补偿的误差值,并在实际加工时进行补偿。 [0024] 进一步的,在步骤S1中,六轴拉床的各种运动包括刀具运动、绕Y轴旋转的运动、绕Z轴旋转的运动、X轴运动和Y轴运动。 [0025] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0026] S11、对刀具运动进行误差测量 [0027] 设初始时刻为0,从换刀后的初始位置到切削后的刀具终点的行程设为L1,总测量时间设为t1,光栅格监测系统采集的位置随时间变化依次为s1i,激光测量装置采集到的位移随时间变化依次为c1i,设测量次数为n+1次,n为大于等于1的自然数,则测量时间依次为: [0028] [0029] 刀具对应的光栅格监测系统采集到的相应行程变化依次为: [0030] 0,s11,s12,…,s1i,…,s1(n‑1),s1n; [0031] 激光测量装置采集到的行程变化依次为: [0032] 0,c11,c12,…,c1i,…,c1(n‑1),c1n; [0033] 则刀具的位移偏差随时间的变化量Δk1i依次为: [0034] 0,Δk11,Δk12,…,Δk1i,…,Δk1(n‑1),Δk1n; [0035] 其中: [0036] Δk1i=c1i‑s1i。 [0037] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0038] S12、对绕Y轴旋转的运动进行误差测量 [0040] [0041] C形摇篮对应的光栅格监测系统采集到的角度变化依次为: [0042] 0,θy1,θy2,…,θyi,…,θy(n‑1),θyn; [0043] 激光水平角度测量仪器采集到C型摇篮旋转角度变化依次为: [0044] [0045] 则C型摇篮旋转角度偏差变化依次为: [0046] [0047] 其中: [0048] [0049] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0050] S13、对绕Z轴旋转的运动进行误差测量 [0051] 采用式(1)中的测量时间,即转台从初始位置旋转到极限位置所用时间为t1,将转台旋转的极限角度设为ψ2,则转台旋转的角速度为ω2,且: [0052] [0053] 转台对应的光栅格监测系统采集到的角度随时间变化依次: [0054] 0,λz1,λz2,…,λzi,…,λz(n‑1),λzn; [0055] 激光测量系统采集到的,转台的旋转角度随时间变化依次为: [0056] 0,ηz1,ηz2,…,ηzi,…,ηz(n‑1),ηzn; [0057] 则转台旋转角度的偏差变化量依次为: [0058] 0,Δηz1,Δηz2,…,Δηzi,…,Δηz(n‑1),Δηzn; [0059] 其中: [0060] Δηzi=ηzi‑λzi。 [0061] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0062] S14、对X轴运动进行误差测量 [0063] 采用式(1)中的测量时间,即工作台从初始位置移动到X轴的极限位置所用时间为t1;设工作台在X轴方向上的极限位移为ψ3x,则工作台在X轴方向上的移动速度为: [0064] [0065] 检测工作台X方向运动位移的光栅格监测系统采集的位移随时间的变化为: [0066] 0,lx1,lx2,…,lxi,…,lx(n‑1),lxn; [0067] 激光测量系统采集到工作台X方向运动位移随时间的变化为: [0068] 0,sx1,sx2,…,sxi,…,sx(n‑1),sxn; [0069] 则工作台X方向的运动误差随时间的变化为: [0070] 0,Δlx1,Δlx2,…,Δlxi,…,Δlx(n‑1),Δlxn; [0071] 其中: [0072] Δlxi=sxi‑lxi。 [0073] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0074] S15、对Y轴运动进行测量 [0075] 采用式(1)中的测量时间,即工作台从初始位置移动到Y轴的极限位置所用时间为t1;设工作台在Y轴方向上的极限位移为ω3y,则工作台在Y轴方向上的移动速度为: [0076] [0077] 检测工作台Y方向运动位移的光栅格监测系统采集的位移随时间的变化为: [0078] 0,ly1,ly2,…,lyi,…,ly(n‑1),lyn; [0079] 激光测量系统采集到工作台Y方向运动位移随时间的变化为: [0080] 0,sy1,sy2,…,syi,…,ly(n‑1),lyn; [0081] 则工作台Y方向的运动误差随时间的变化为: [0082] 0,Δly1,Δly2,…,Δlyi,…,Δly(n‑1),Δlyn; [0083] 其中: [0084] Δlyi=syi‑lyi。 [0085] 进一步的,在步骤S2中,拟合的线性函数包括: [0086] 1)刀具运动误差函数 [0087] f1=a1x1+b1 (2), [0088] 其中x1为刀具沿其运动方向上的位移,a1和b1分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的相应偏差值计算得出; [0089] 2)绕Y轴旋转的运动误差函数 [0090] f2=a2x2+b2 (3), [0091] 其中x2为C型摇篮旋转角度;a2和b2分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的相应偏差值计算得出; [0092] 3)绕Z轴旋转的运动误差函数 [0093] f3=a3x3+b3 (4), [0094] 其中x3为转台旋转角度;a3和b3分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的相应偏差值计算得出; [0095] 4)X轴运动误差函数 [0096] f4=a4x4+b4 (5), [0097] 其中x4为工作台在X方向上的位移;a4和b4分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的相应偏差值计算得出; [0098] 5)Y轴运动误差函数 [0099] f5=a5x5+b5 (6), [0100] 其中x5为工作台在Y方向上的位移;a5和b5分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的相应偏差值计算得出。 [0101] 进一步的,在步骤S3中,使刀具运动速度,c形摇篮旋转速度,转台旋转速度,工作台X轴方向速度和工作台Y轴方向速度均与步骤S1中测量误差时的相应运动速度保持一致。 [0102] 由于拉床各零部件的运动速度与位置变化,会造成偏差的变化。因此,实际加工过程中,使机床保持与在误差识别步骤中的相关运动参数相同,可以降低该偏差对加工精度的影响,也方便对机床运动位置进行补偿。 [0103] 进一步的,设榫槽加工时,刀具运动位置,c形摇篮旋转角度,转台旋转角度,工作台x方向位移,工作台y方向位置分别为: [0104] cw,θw,λw, [0105] 则补偿后的刀具运动位置,C形摇篮旋转角度,转台旋转角度,工作台x方向位移,工作台y方向位置将分别变为: [0106] cw‑r=cw+f1(cw); [0107] θw‑r=θw+f2(θw); [0108] λw‑r=λw+f3(λw); [0109] [0110] 以上运动误差可在运动参数上实现补偿,也可通过数控系统内部补偿函数实现。 [0111] 与现有技术相比本发明的有益效果:本发明提出了一种涡轮盘榫槽六轴拉床加工误差识别与参数补偿方法,充分考虑到了由于拉床各零部件的运动速度与位置变化,均会造成偏差发生变化的情况,因此,本发明对机床的各种运动分别进行了误差识别,且在实际加工过程中,使机床的相关运动参数与在误差识别过程中的运动参数完全相同,从而最大程度地降低相关偏差对加工精度的影响,也更方便对机床相关部件的运动位置进行补偿,使发明能显著提升榫槽加工的精度,助力我国航空装备的创新发展。 具体实施方式[0112] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了,下面通过结合具体的实施例来描述本发明。但是应该理解,这些描述只是示例性的,而并非要限制本发明的范围。此外,在以下说明中,省略了对公知结构和技术的描述,以避免不必要地混淆本发明中的概念。 [0113] 实施例1 [0114] 本实施例所针对的卧式六轴数控拉床包括刀具、C形摇篮、转台和工作台,刀具安装在机床的主轴上,c形摇篮安装在床身上,转台安装在C形摇篮上,工作台安装在转台上,该卧式六轴数控拉床的运动主要分为以下运动: [0115] (1)刀具的运动 [0116] 刀具沿X轴方向移动; [0117] (6)绕Y轴旋转的运动 [0118] 即卧式六轴数控拉床的C形摇篮绕Y轴(常称为A轴)旋转的运动; [0119] (7)绕Z轴旋转的运动 [0120] 即卧式六轴数控拉床的转台绕Z轴旋转的运动; [0121] (8)X轴运动 [0122] 即卧式六轴数控拉床的工作台沿X轴方向的运动,也称水平运动; [0123] (9)Y轴运动 [0124] 即卧式六轴数控拉床的工作台沿Y轴方向的运动,也称前后运动。 [0125] 一种涡轮盘榫槽六轴拉床运动误差识别与参数补偿方法,包括以下步骤: [0126] S1、误差识别 [0127] 以激光测量装置的激光发射点为基准点,收集六轴拉床各种运动的运动数据;将激光测量装置收集到的运动数据与六轴拉床自身的光栅格监测系统采集到的对应运动数据进行对比,并计算出两者收集到的数据的偏差值;本实施例中,使用的激光测量装置包括测量直线运动的激光测量装置和测量角度变化的激光测量装置两种类型,均可以使用现有的相关测量仪器和产品。 [0128] S2、基于步骤S1中得到的偏差值,对六轴拉床各种运动的误差,以最小二乘法分别拟合形成对应的线性函数; [0129] S3、参数补偿 [0130] 使六轴拉床采用与步骤S1中相同的运动参数;再根据S2中得到的线性函数,计算出六轴拉床各种运动需要补偿的误差值,并在实际加工时进行补偿。 [0131] 进一步的,在步骤S1中,六轴拉床的各种运动包括刀具运动、绕Y轴旋转的运动、绕Z轴旋转的运动、X轴运动和Y轴运动。 [0132] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0133] S11、对刀具运动进行误差测量 [0134] 设初始时刻为0,从换刀后的初始位置到切削后的刀具终点的行程设为L1,总测量时间设为t1,光栅格监测系统采集的位置随时间变化依次为s1i,激光测量装置采集到的位移随时间变化依次为c1i,设测量次数为n+1,n为大于等于1的自然数测量时间依次为: [0135] [0136] 刀具对应的光栅格监测系统采集到的相应行程变化依次为: [0137] 0,s11,s12,…,s1i,…,s1(n‑1),s1n; [0138] 使用测量直线运动的激光测量装置采集到的行程变化依次为: [0139] 0,c11,c12,…,c1i,…,c1(n‑1),c1n; [0140] 则刀具的位移偏差随时间的变化量Δk1i依次为: [0141] 0,Δk11,Δk12,…,Δk1i,…,Δk1(n‑1),Δk1n; [0142] 其中: [0143] Δk1i=c1i‑s1i。 [0144] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0145] S12、对绕Y轴旋转的运动进行误差测量 [0146] 采用式(1)中的测量时间,即c形摇篮从初始位置旋转到极限位置所用时间为t1,c形摇篮从初始位置旋转到极限位置时的最大角度设为ψ1,则旋转角速度ω1为: [0147] [0148] C形摇篮对应的光栅格监测系统采集到的角度变化依次为: [0149] 0,θy1,θy2,…,θyi,…,θy(n‑1),θyn; [0150] 使用测量角度变化的激光测量装置(如水平角度仪器)采集到的C型摇篮旋转角度变化依次为: [0151] [0152] 则C型摇篮旋转角度偏差变化依次为: [0153] [0154] 其中: [0155] [0156] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0157] S13、对绕Z轴旋转的运动进行误差测量 [0158] 采用式(1)中的测量时间,即转台从初始位置旋转到极限位置所用时间为t1,将转台旋转的极限角度设为ψ2,则转台旋转的角速度为ω2,且: [0159] [0160] 转台对应的光栅格监测系统采集到的角度随时间变化依次: [0161] 0,λz1,λz2,…,λzi,…,λz(n‑1),λzn; [0162] 该步骤中使用的激光测量装置的接收端能够旋转激光接收器,保持激光垂直射入激光接收器,并将激光接收器旋转的角度实时发送给测量系统,如型号为中图SJ 6 000的激光测量系统。使用该激光测量装置采集到的转台的旋转角度随时间变化依次为: [0163] 0,ηz1,ηz2,…,ηzi,…,ηz(n‑1),ηzn; [0164] 则转台旋转角度的偏差变化量依次为: [0165] 0,Δηz1,Δηz2,…,Δηzi,…,Δηz(n‑1),Δηzn; [0166] 其中: [0167] Δηzi=ηzi‑λzi。 [0168] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0169] S14、对X轴运动进行误差测量 [0170] 采用式(1)中的测量时间,即,使得工作台从初始位置移动到X轴的极限位置所用时间为t1;设工作台在X轴方向上的极限位移为ψ3x,则工作台在X轴方向上的移动速度为: [0171] [0172] 检测工作台X方向运动位移的光栅格监测系统采集的位移随时间的变化为: [0173] 0,lx1,lx2,…,lxi,…,lx(n‑1),lxn; [0174] 使用相关激光测量系统采集到工作台X方向运动位移随时间的变化为: [0175] 0,sx1,sx2,…,sxi,…,sx(n‑1),sxn; [0176] 则工作台X方向的运动误差随时间的变化为: [0177] 0,Δlx1,Δlx2,…,Δlxi,…,Δlx(n‑1),Δlxn; [0178] 其中: [0179] Δlxi=sxi‑lxi。 [0180] 进一步的,步骤S1包括以下步骤: [0181] S15、对Y轴运动进行测量 [0182] 采用式(1)中的测量时间,即工作台从初始位置移动到Y轴的极限位置所用时间为t1;设工作台在Y轴方向上的极限位移为ω3y,则工作台在Y轴方向上的移动速度为: [0183] [0184] 检测工作台Y方向运动位移的光栅格监测系统采集的位移随时间的变化为: [0185] 0,ly1,ly2,…,lyi,…,ly(n‑1),lyn; [0186] 激光测量系统采集到工作台Y方向运动位移随时间的变化为: [0187] 0,sy1,sy2,…,syi,…,ly(n‑1),lyn; [0188] 则工作台Y方向的运动误差随时间的变化为: [0189] 0,Δly1,Δly2,…,Δlyi,…,Δly(n‑1),Δlyn; [0190] 其中: [0191] Δlyi=syi‑lyi。 [0192] 进一步的,在步骤S2中,拟合的线性函数包括: [0193] 1)刀具运动误差函数 [0194] f1=a1x1+b1 (2), [0195] 其中x1为刀具沿其运动方向上的位移,a1和b1分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的刀具运动的偏差值计算得出; [0196] 2)绕Y轴旋转的运动误差函数 [0197] f2=a2x2+b2 (3), [0198] 其中x2为c型摇篮旋转角度;a2和b2分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的绕Y轴旋转的运动的偏差值计算得出; [0199] 3)绕Z轴旋转的运动误差函数 [0200] f3=a3x3+b3 (4), [0201] 其中x3为转台旋转角度;a3和b3分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的绕Z轴旋转的运动的偏差值计算得出; [0202] 4)X轴运动误差函数 [0203] f4=a4x4+b4 (5), [0204] 其中x4为工作台在X方向上的位移;a4和b4分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的X轴运动的偏差值计算得出; [0205] 5)Y轴运动误差函数 [0206] f5=a5x5+b5 (6), [0207] 其中x5为工作台在Y方向上的位移;a5和b5分别为斜率和偏置,根据步骤S1中得到的Y轴运动的偏差值计算得出。 [0208] 进一步的,在步骤S3中,使刀具运动速度,C形摇篮旋转速度,转台旋转速度,工作台X轴方向速度和工作台Y轴方向速度均与步骤S1中测量误差时的相应运动速度保持一致。 [0209] 由于拉床各零部件的运动速度与位置变化,会造成偏差的变化。因此,实际加工过程中,使机床保持与在误差识别过程中相同的运动参数,方便对机床相关部件的运动位置进行补偿,显著降低机床偏差对加工精度的影响。 [0210] 进一步的,设榫槽加工时,刀具运动位置,C形摇篮旋转角度,转台旋转角度,工作台x方向位移,工作台y方向位置分别为: [0211] cw,θw,λw, [0212] 则补偿后的刀具运动位置,C形摇篮旋转角度,转台旋转角度,工作台x方向位移,工作台y方向位置将分别变为: [0213] cw‑r=cw+f1(cw); [0214] θw‑r=θw+f2(θw); [0215] λw‑r=λw+f3(λw); [0216] [0217] 以上运动误差可在运动参数上实现补偿,也可通过数控系统内部补偿函数实现。 [0218] 以上仅为本发明的部分实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有前述各种技术特征的组合和变型,本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下,对本发明的改进、变型、等同替换,或者将本发明的结构或方法用于其它领域以取得同样的效果,都属于本发明包括的保护范围。 |