李嵩松 馬 薔 侯明鵬 聶應(yīng)新

（①北京金隅科技學(xué)校，北京 102403；②北京機(jī)科國(guó)創(chuàng)輕量化科學(xué)研究院有限公司，北京 100015；③北京工研精機(jī)股份有限公司，北京 101312）

隨著市場(chǎng)全球化以及競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，在汽車(chē)、機(jī)械以及其他重點(diǎn)領(lǐng)域，金屬件產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度不斷加快，生產(chǎn)周期短、批量小、更新快成為制造業(yè)的必然趨勢(shì)。單件、小批量金屬件的快速鑄造技術(shù)，具有廣泛的市場(chǎng)需求。在鑄造過(guò)程中，要求提高金屬件的鑄造準(zhǔn)確性。砂型成形機(jī)主要應(yīng)用于鑄造砂型零件的加工成形，其加工精度決定了砂型零件的尺寸精度進(jìn)而影響了鑄造的準(zhǔn)確性。提高砂型成形機(jī)的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)精度是提高砂型零件加工質(zhì)量的必要途徑[1]。

零件的加工精度主要由加工設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度決定。根據(jù)數(shù)控設(shè)備的誤差來(lái)源，影響設(shè)備加工精度的主要誤差為設(shè)備幾何誤差、熱變形誤差和切削力誤差。Ramesh R 等[2]對(duì)設(shè)備的誤差來(lái)源做出了較為詳細(xì)的論述。其中熱變形誤差和切削力等誤差可以通過(guò)改進(jìn)設(shè)備部件等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償，但是設(shè)備制造過(guò)程中產(chǎn)生的幾何誤差是造成零件加工不準(zhǔn)確性的主要因素。

幾何誤差是機(jī)械設(shè)備制造過(guò)程中產(chǎn)生的不可避免的偏差，雖然無(wú)法避免，但可以通過(guò)研究其特性，并通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行必要的補(bǔ)償，來(lái)提高機(jī)械設(shè)備的加工精度。機(jī)械加工設(shè)備幾何誤差動(dòng)力學(xué)建模領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了齊次坐標(biāo)變換矩陣[3-5]，螺旋理論[6-7]，指數(shù)模型[8]等方法進(jìn)行建模。在關(guān)鍵幾何誤差識(shí)別方面：LEE R 等[9]以零件成形理論為思路，在設(shè)備制造誤差中對(duì)設(shè)備空間幾何誤差的影響因子展開(kāi)了研究。范晉偉等[10]提出了一種用于識(shí)別關(guān)鍵幾何誤差的誤差靈敏度分析方法?；谝陨涎芯孔鳛樯靶统尚螜C(jī)的幾何誤差為21 項(xiàng)[11]，如果補(bǔ)償全部幾何誤差，檢測(cè)計(jì)算補(bǔ)償?shù)墓ぷ髁渴蔷薮蟮?，因此識(shí)別并補(bǔ)償關(guān)鍵幾何誤差的實(shí)際意義較大。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種基于典型零件加工要素的砂型成形機(jī)幾何誤差分析與補(bǔ)償?shù)难芯克悸?，將典型零件加工按設(shè)備加工特性，分解為斜四方臺(tái)、菱形臺(tái)、圓錐臺(tái)和圓柱臺(tái)等4 個(gè)典型零件加工要素[12]。然后根據(jù)多序體動(dòng)力學(xué)理論建立砂型成形機(jī)的體積誤差模型?；趯?shí)際檢測(cè)得出設(shè)備全部幾何誤差數(shù)據(jù)，采用Kim K 等[13]提供的三次多項(xiàng)式擬合方法建立砂型成形機(jī)的幾何誤差模型。同時(shí)結(jié)合4 種典型零件加工要素的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，分別進(jìn)行關(guān)鍵幾何誤差分析，并進(jìn)行相應(yīng)地補(bǔ)償，進(jìn)而提高零件加工精度。

1 誤差模型的建立

1.1 成形機(jī)的描述與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

砂型成形機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1 所示，該成形機(jī)為高架橫梁移動(dòng)龍門(mén)結(jié)構(gòu)，包含X/Y/Z這3 個(gè)平動(dòng)軸，其中X軸包含X0/X1 兩個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。其中X軸、Y軸、Z軸均屬于刀具運(yùn)動(dòng)鏈。

圖1 砂型成形機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

該成形機(jī)的運(yùn)動(dòng)鏈有兩個(gè)分支，分別為床身到工件的分支（MCS→WCS）和床身到刀具的（MCS→XCS→YCS→ZCS→SCS→TCS），如圖2 所示。其中，WCS 為工件坐標(biāo)系，XCS、YCS、ZCS 為X軸、Y軸、Z軸的坐標(biāo)系，MCS 為機(jī)床坐標(biāo)系，SCS 為主軸坐標(biāo)系，TCS 為刀具坐標(biāo)系。

圖2 砂型成形機(jī)傳遞鏈的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

由多體系統(tǒng)理論和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析可以得出此類(lèi)成形機(jī)的各階低序體陣列，見(jiàn)表1。

表1 砂型成形機(jī)的低序體陣列

1.2 成形機(jī)特征矩陣的建立

三軸成形機(jī)單軸進(jìn)給時(shí)，在6 個(gè)方向存在的微小偏差即為六自由度幾何誤差。因此，在成形機(jī)運(yùn)動(dòng)鏈中，3 個(gè)運(yùn)動(dòng)部件——X、Y、Z軸，共有18項(xiàng)與位置有關(guān)的幾何誤差（PDGEs），3 項(xiàng)與位置無(wú)關(guān)的垂直度誤差（PIGEs），三軸成形機(jī)共有21項(xiàng)幾何誤差，見(jiàn)表2。表中δ表示線性誤差、ε表示角度誤差，S表示垂直度誤差。

表2 砂型成形機(jī)的幾何誤差列表

綜合成形機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)誤差特征矩陣、部件間運(yùn)動(dòng)誤差特征矩陣、刀具與工件的靜止誤差特征矩陣等產(chǎn)生成形機(jī)各個(gè)運(yùn)動(dòng)部件特征矩陣。其中由于在實(shí)際狀態(tài)下，刀具與主軸之間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)；工件與工作臺(tái)無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此特征矩陣可以視為單位矩陣。此外，主軸相對(duì)于Z軸銑頭只有回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且對(duì)回轉(zhuǎn)角無(wú)定位要求，因此在常規(guī)工況下，同樣可視為單位矩陣，篇幅所限，以上單位矩陣不在特征矩陣中列出。

在成形機(jī)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，刀尖點(diǎn)的加工軌跡誤差是各運(yùn)動(dòng)誤差項(xiàng)積累和傳遞的結(jié)果，相對(duì)于工件的空間位置存在偏差，根據(jù)上文中特征矩陣可以進(jìn)行坐標(biāo)變換，從而得出刀尖點(diǎn)的空間位置誤差ΔE，可由式（12）計(jì)算得到。

式中：ΔE為理想點(diǎn)與實(shí)際點(diǎn)之間的誤差；Pt為實(shí)際加工點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)；PW為理想加工點(diǎn)在工件坐標(biāo)系中的齊次坐標(biāo)。

1.3 成形機(jī)幾何誤差模型的建立

本文使用Renishaw 公司的XL-80 激光干涉儀[14-15]和電子水平儀（精度0.001 mm/m）測(cè)量成形機(jī)X/Y/Z平動(dòng)軸的全部幾何誤差，擬合為空間位置的三次多項(xiàng)式函數(shù)。關(guān)于成形機(jī)X軸的6 項(xiàng)幾何誤差模型的表達(dá)式如式（13）所示。

X/Y/Z軸相應(yīng)的幾何誤差如下。

式中：x表示成形機(jī)X軸的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)量，單位為mm；PDGEs幾何誤差中。線性誤差δxx、δyx、δzx的單位為mm，角度誤差εxx、εyx、εzx的單位為rad。

Y軸：

2 零件加工要素下的機(jī)床關(guān)鍵幾何誤差分析

2.1 復(fù)雜零件的形狀誤差建模

包含典型零件加工要素的工件的三維模型，工件由4 部分組成，包括斜四方臺(tái)，菱形臺(tái)，圓錐臺(tái)和圓柱臺(tái)。其中圓柱臺(tái)直徑為130 mm，高為30 mm；圓錐臺(tái)，底面直徑為218 mm，圓錐角為120°；正菱形臺(tái)邊長(zhǎng)為218 mm 高為30 mm；斜四方臺(tái)斜邊夾角為3°；直邊長(zhǎng)為320 mm；高為20 mm；具有典型零件加工要素的零件模型如圖3 所示。包含典型零件加工要素的砂型件的形狀誤差建模是形狀誤差分析的前提和基礎(chǔ)。如圖4 所示，分析過(guò)程第一步為對(duì)這一復(fù)雜砂型件的三維模型進(jìn)行零件加工要素分解，得到斜四方臺(tái)，菱形臺(tái)，圓錐臺(tái)，圓柱臺(tái)4 個(gè)典型零件加工要素。第一步分解完成后，第二步為基于UG 軟件設(shè)計(jì)完成的刀具走刀路徑；第三步為使用UG 軟件的后處理功能分別得到砂型成形機(jī)加工不同零件加工要素的NC 代碼；第四步為將機(jī)床各個(gè)平動(dòng)軸的理想運(yùn)動(dòng)量代入式（13）～（15）的幾何誤差模型中，可以得到刀具運(yùn)動(dòng)路徑中各個(gè)位置點(diǎn)的幾何誤差的值。第五步為得到誤差值后，將這些典型零件加工要素的誤差值繼續(xù)代入式（12）的體積誤差模型中，最終得到其形狀誤差模型。

圖3 復(fù)雜工件的三維模型

圖4 典型零件加工要素分布

2.2 零件加工要素下的靈敏度分析

本文提出的根據(jù)典型零件加工要素誤差識(shí)別砂型成形機(jī)關(guān)鍵幾何誤差分析與補(bǔ)償?shù)姆椒?，利用此方法分析并識(shí)別砂型成形機(jī)的關(guān)鍵幾何誤差，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)和精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)砂型成形機(jī)進(jìn)行有針對(duì)性地調(diào)整和補(bǔ)償，進(jìn)而提高砂型成形機(jī)的零件加工精度。測(cè)量并計(jì)算靈敏度影響因子是設(shè)備靈敏度分析的先決條件，靈敏度影響因子的精確度是靈敏度分析結(jié)果的根本所在，起到?jīng)Q定性作用。

在實(shí)際加工中，由誤差元素產(chǎn)生的零件加工誤差的大小不僅與該誤差的靈敏度影響因子有關(guān)，也與該誤差元素自身大小有關(guān)，一個(gè)設(shè)備幾何誤差的靈敏度影響因子數(shù)值越大，說(shuō)明該項(xiàng)幾何誤差對(duì)加工零件形狀誤差的貢獻(xiàn)值越高。因此靈敏度影響因子的確定，在靈敏度分析中起著至關(guān)重要的作用。如式（16）所示[16]，各幾何誤差在不同零件加工要素的靈敏度影響因子可定義為

式中：Sn表示設(shè)備幾何誤差n（n=1,2,3,···,21）在不同零件加工要素中的靈敏度影響因子；[Db，Da]表示加工不同零件加工要素的切削運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)軌跡長(zhǎng)度；En表示僅考慮單一幾何誤差n得到的輪廓誤差曲線；dx表示對(duì)切削刀具路徑上形狀誤差的微分。

通過(guò)式（16）能得到由單一項(xiàng)幾何誤差n引起的加工件的形狀誤差En，可由式（17）分解為3 個(gè)方向的分量。

式中：Enx/Eny/Enz分別表示幾何誤差n在X/Y/Z方向上的誤差分量。

誤差靈敏度的物理意義為21 項(xiàng)幾何誤差的單位變化量引起空間位置誤差的變化量，單項(xiàng)誤差的靈敏度系數(shù)越大，說(shuō)明對(duì)設(shè)備的空間定位精度誤差的貢獻(xiàn)越大。為了評(píng)估各個(gè)單項(xiàng)誤差對(duì)空間定位誤差的相對(duì)影響，將各方向的誤差靈敏度影響因子進(jìn)行歸一化處理，定義歸一化靈敏度影響因子Un，如式（18）所示。

2.2.1 圓錐臺(tái)要素的靈敏度分析

本文以典型零件加工要素圓錐臺(tái)為例，論述靈敏度分析過(guò)程。將典型加工件的模型輸入NX12.0 軟件中進(jìn)行加工編程，NX12.0 生成的刀具軌跡需要經(jīng)過(guò)后處理將刀具軌跡轉(zhuǎn)化為NC 程序代碼，通過(guò)代碼得到機(jī)床X/Y/Z的理想運(yùn)動(dòng)量。圓錐臺(tái)刀具軌跡如圖5 所示及X/Y/Z軸的理想運(yùn)動(dòng)量如圖6～8 所示。

圖5 圓錐臺(tái)刀具加工軌跡

圖6 切削圓錐臺(tái)X 軸理想運(yùn)動(dòng)量

圖7 切削圓錐臺(tái)Y 軸理想運(yùn)動(dòng)量

圖8 切削圓錐臺(tái)Z 軸理想運(yùn)動(dòng)量

把設(shè)備加工圓錐臺(tái)時(shí)X/Y/Z的理想運(yùn)動(dòng)量代入式（13）中的設(shè)備幾何誤差模型中，能得出設(shè)備在加工圓錐臺(tái)時(shí)各個(gè)位置的幾何誤差值。再將圓錐臺(tái)的幾何誤差值代入到設(shè)備的體積誤差模型中，得到圓錐臺(tái)的形狀誤差。

由式（13）～（17），可以得出設(shè)備單項(xiàng)幾何誤差，在典型零件加工要素的歸一化靈敏度影響因子。按此方法，可以得出18 項(xiàng)幾何誤差在圓錐臺(tái)加工要素的靈敏度分析結(jié)果，如圖9 所示，從圖中可以看出，幾何誤差εxx、δyz、δzz、δxz引起圓錐臺(tái)的形狀誤差的貢獻(xiàn)值較大，這4 項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子之和為0.831 6。其中，單項(xiàng)幾何誤差εxx的歸一化靈敏度影響因子為0.457 3，其對(duì)設(shè)備加工過(guò)程中定位誤差的貢獻(xiàn)值比其他項(xiàng)幾何誤差對(duì)定位誤差的貢獻(xiàn)值大很多，因此在后續(xù)的補(bǔ)償過(guò)程中，對(duì)單項(xiàng)幾何誤差的補(bǔ)償需要重點(diǎn)研究。

圖9 圓錐臺(tái)加工要素的靈敏度因子分析結(jié)果

2.2.2 圓柱要素的靈敏度分析

按上節(jié)所述靈敏度分析方法，可得到各項(xiàng)幾何誤差在圓柱加工要素中的歸一化靈敏度影響因子，分析結(jié)果，如圖10 所示。從圖中可以得出，δyy、δxy、δzx這3 個(gè)單項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子之和為0.771 9。其中δyy單項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子為0.501 2，其對(duì)設(shè)備加工過(guò)程中定位誤差的貢獻(xiàn)值比其他項(xiàng)幾何誤差對(duì)定位誤差的貢獻(xiàn)值大很多，因此在后續(xù)的補(bǔ)償過(guò)程中，對(duì)單項(xiàng)幾何誤差的補(bǔ)償需要重點(diǎn)研究。

圖10 圓柱臺(tái)加工要素的靈敏度因子分析結(jié)果

對(duì)比圓錐臺(tái)和圓柱臺(tái)兩項(xiàng)零件加工要素，將歸一化靈敏度影響因子按數(shù)值大小進(jìn)行排位對(duì)比，得出結(jié)論為靈敏度影響因子排位略有不同，但總體影響趨勢(shì)基本相同。通過(guò)對(duì)比圓錐臺(tái)和圓柱臺(tái)要素中排位相同的單項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子不盡相同。因此得出根據(jù)典型零件加工要素進(jìn)行靈敏度分析可以對(duì)設(shè)備幾何誤差之間的差異進(jìn)行有效地識(shí)別，為后續(xù)計(jì)算設(shè)備的補(bǔ)償數(shù)據(jù)提供準(zhǔn)確有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)保障。

本文所涉及的成形機(jī)各單項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子大于0.15 的為關(guān)鍵性幾何誤差，從圖8 和圖9 可以得出關(guān)于涉及圓錐臺(tái)和圓柱臺(tái)形狀公差的關(guān)鍵幾何誤差，結(jié)果見(jiàn)表3 所示。從表中可以得出，關(guān)于圓柱臺(tái)加工要素的設(shè)備關(guān)鍵幾何誤差共計(jì)9 項(xiàng)，此九項(xiàng)均是與位置有關(guān)的誤差；對(duì)于圓錐臺(tái)特征，共有設(shè)備關(guān)鍵幾何誤差共13 項(xiàng)，均是與位置有關(guān)的誤差。因此可認(rèn)為與位置有關(guān)的誤差PDGEs對(duì)圓柱臺(tái)和圓錐臺(tái)的形狀誤差起著重要的影響作用。

表3 影響圓柱臺(tái)和圓錐臺(tái)關(guān)鍵幾何誤差

2.2.3 斜四方形和菱形要素的靈敏度分析

由于砂型成形機(jī)設(shè)備加工斜四方形和菱形只需要X/Y兩軸聯(lián)動(dòng)即可完成加工，所以Z軸相關(guān)幾何誤差無(wú)影響。

根據(jù)2.2.1 節(jié)中求取圓錐臺(tái)的幾何誤差靈敏度影響因子的方法，應(yīng)用該方法求出各項(xiàng)幾何誤差在斜四方臺(tái)和菱形臺(tái)加工要素中的歸一化靈敏度影響因子，結(jié)果分別如圖11、12 所示，對(duì)比圖9、10可知，斜四方形臺(tái)和菱形臺(tái)要素的關(guān)鍵項(xiàng)幾何誤差較為相似，其中，δzx、δyx、εyy、δyy這4 項(xiàng)的歸一化的靈敏度影響因子之和超過(guò)70%。斜四方臺(tái)和菱形臺(tái)中相同項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子值的大小是不同的，其中關(guān)鍵項(xiàng)幾何誤差δzx、δyx、εyy、δyy的靈敏度影響因子的數(shù)值大小存在差異。

圖11 斜四方臺(tái)加工要素的靈敏度因子分析結(jié)果

圖12 菱形臺(tái)加工要素的靈敏度因子分析結(jié)果

基于上述分析的基礎(chǔ)上，可得到影響斜四方臺(tái)和菱形臺(tái)加工要素的關(guān)鍵幾何誤差，見(jiàn)表4，從表中得出對(duì)于斜四方臺(tái)要素，共有10 項(xiàng)關(guān)鍵幾何誤差，其中線性誤差有6 項(xiàng)，因此得出結(jié)論。線性誤差是影響斜四方臺(tái)和菱形臺(tái)形狀誤差的重要因素。

表4 影響菱形臺(tái)和斜四方臺(tái)的關(guān)鍵幾何誤差排序

3 典型零件加工要素下的機(jī)床關(guān)鍵幾何誤差補(bǔ)償試驗(yàn)

根據(jù)上文所述分析可得，圓柱臺(tái)、圓錐臺(tái)、斜四方臺(tái)和菱形臺(tái)這4 個(gè)零件加工要素的關(guān)鍵幾何誤差歸一化靈敏度影響因子之和均大于90%，分別為99.82%、99.72%、99.90%和99.93%，將上述的零件加工要素的關(guān)鍵幾何誤差分別代入到成形機(jī)的體積誤差模型中計(jì)算其在總誤差中的占比，結(jié)果見(jiàn)表5 所示。

表5 關(guān)鍵幾何誤差占比分析

關(guān)鍵幾何誤差引發(fā)體積誤差占比在特征中均大于1，表明非關(guān)鍵幾何誤差引發(fā)體積誤差占比分別為-3.82%、-4.72%、-3.9%和-4.93%，結(jié)果表明關(guān)鍵幾何誤差與非關(guān)鍵幾何誤差對(duì)體積誤差中的作用效果相反，對(duì)比結(jié)果，可知關(guān)鍵幾何誤差占比大于非關(guān)鍵幾何誤差，因此，關(guān)鍵幾何誤差對(duì)體積誤差的影響具有決定性作用，進(jìn)而證明本文中的檢測(cè)試驗(yàn)方法的正確性。

通過(guò)本文中提出的基于典型零件加工要素的幾何誤差補(bǔ)償方法，其優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)典型加工要素的檢驗(yàn)指標(biāo)能夠與運(yùn)動(dòng)軸公差形成映射關(guān)系，通過(guò)映射關(guān)系，使砂型機(jī)的精度補(bǔ)償與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及典型零件公差之間建立多元耦合映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)砂型機(jī)加工精度目標(biāo)的優(yōu)化分配。使得優(yōu)化工作有的放矢地執(zhí)行，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)中一般只進(jìn)行定位補(bǔ)償。砂型機(jī)根據(jù)這一方法能夠通過(guò)切削零件，檢測(cè)零件精度，對(duì)砂型機(jī)進(jìn)行診斷和全面的補(bǔ)償。

本文在一臺(tái)CAMTC-SMM2000 型砂型成形機(jī)上進(jìn)行切削與補(bǔ)償?shù)脑囼?yàn)，SMM2000 型砂型成形機(jī)的機(jī)械參數(shù)為X軸行程2 000 mm，Y軸行程2 000 mm，Z軸行程800 mm，各軸進(jìn)給速度為5 000 mm/min，將圓錐臺(tái)、圓柱臺(tái)、斜四方臺(tái)和菱形臺(tái)這4 個(gè)加工要素的關(guān)鍵幾何誤差分別代入式（12）的設(shè)備體積誤差模型中，按參考文獻(xiàn)中的方法，按照逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方法，計(jì)算補(bǔ)償后X/Y/Z軸的運(yùn)動(dòng)值，從而得到補(bǔ)償后的設(shè)備代碼[17]。應(yīng)用補(bǔ)償程序后設(shè)備加工出的砂型零件。如圖13 所示。

圖13 補(bǔ)償后加工的砂型件

按照砂型件精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)項(xiàng)目分布，如圖14 所示。應(yīng)用手持非接觸式檢測(cè)儀對(duì)復(fù)雜砂型零件進(jìn)行掃描并檢測(cè)零件誤差，如圖15 所示。補(bǔ)償后的4 個(gè)典型零件加工要素誤差平均值和補(bǔ)償率，見(jiàn)表6。補(bǔ)償后4 個(gè)典型零件加工要素的平均誤差分別為38.1 μm、20.2 μm、41.2 μm 和31.3 μm，加工精度提高55%～70%，其中誤差平均值為：將零件各項(xiàng)誤差值按靈敏度影響因子進(jìn)行加權(quán)得出各個(gè)特征的誤差平均值，例如圓柱臺(tái)加工要素中圓度和高度的精度提高值按相關(guān)誤差項(xiàng)的影響因子加權(quán)平均得出誤差平均值。通過(guò)誤差平均值的提高可以得出本文補(bǔ)償方法對(duì)于砂型成形機(jī)加工精度的提高是有效的。

表6 補(bǔ)償前后的典型加工要素誤差平均值及補(bǔ)償率

圖14 手持非接觸式檢測(cè)儀

圖15 零件檢測(cè)項(xiàng)目分布圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文從典型零件加工要素出發(fā)，通過(guò)研究加工零件要素的形狀誤差與設(shè)備體積誤差之間的關(guān)系，提出一種基于典型零件加工要素的數(shù)控設(shè)備幾何誤差辨識(shí)與補(bǔ)償?shù)难芯克悸?。通過(guò)對(duì)圓柱臺(tái)、圓錐臺(tái)、菱形臺(tái)、斜四方臺(tái)這4 種典型零件加工要素的靈敏度影響因子的分析與補(bǔ)償，初步檢驗(yàn)了這一研究思路的可行性和有效性，得出了結(jié)論如下：

（1）影響典型零件加工要素形狀誤差的關(guān)鍵幾何誤差項(xiàng)雖然有相似之處，但對(duì)于同一單項(xiàng)幾何誤差的歸一化靈敏度影響因子在不同加工要素中的大小并不相同。因此在補(bǔ)償時(shí)需要進(jìn)行區(qū)分。

（2）在分析各個(gè)典型零件加工要素的關(guān)鍵幾何誤差中，線性誤差占比很大，因此得出各項(xiàng)線性誤差對(duì)各個(gè)典型零件加工要素形狀誤差起決定性作用。

（3）對(duì)于各項(xiàng)關(guān)鍵幾何誤差，由歸一化系數(shù)的分布可以得出。

（4）基于CAMTC-SMM2000 成形機(jī)的誤差補(bǔ)償試驗(yàn)結(jié)果顯示，補(bǔ)償后的典型零件加工要素的加工精度提高了55%～70%，因此本文提出的基于典型零件加工要素的靈敏度分析與補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ怯行У摹?/p>