涡旋压缩机转动涡旋体加工过程中存在的

1.1测量系统的组成

快速测量系统主要由精密旋转平台，X轴驱动系统，Z轴驱动系统，数据采集系统及计算机等组成。测量平台主要由精密旋转平台和对中调整平台组成，通过对中调整平台可以调整旋转中心位置。涡旋体和夹具体之间通过可伸缩的心轴来定位。使用Renishaw公司的SP600型测量头，SP600内置高精度三坐标位移传感器，接触测量头采用直径为<5mm的红宝石测量球，完全可以满足涡旋体型线精度的测量要求。数据采集卡采用PPCI27401，X轴移动控制系统主要用于控制测量球沿X轴方向的移动位移，驱动系统选用高精度的步进电动机和丝杠驱动，X轴位移测量采用光电位移传感器，X轴移动速度和工件的旋转速度按照PID控制，这样能保证测量球接触快速测量系统组成的轨迹为渐开线。采用精密驱动控制系统控制Z轴的上下移动，这样可以直接更换测量头对涡旋体的高度轮廓进行测量，同时在侧面轮廓的测量过程中能控制测量头的高度位置。精密旋转平台和定位平台采用日本Mitutoyo圆柱度测量平台RA22100H，这样开发出的原型测量系统整体尺寸较小，能满足加工现场测量空间狭小的要求。测量系统的软件设计主要包括三坐标轴的位置控制程序，数据采集程序等。

1.2测量原理

测量开始前，首先初始化测量坐标系统，测量球回到X轴原点，旋转平台旋回0°位置，此时旋转平台的X轴和测量球的X轴重合。测量原理为：当测量球接触到涡旋体侧面轮廓时，测量球的中心坐标发生变化，由计算机通过三坐标传感器可以读取测量球中心坐标。假设测量球的三坐标位移传感器X轴方向的输出为xp，测量球中心和旋转平台中心位移为re，测量接触点对应角度的理想涡旋半径为rw，则由式（1）即可获得涡旋体型线径向误差Δr（i）为：Δr（i）=re（i）+xp（i）±rp+me（i）-rw（i）i=1，2，…，n（1式中：rp为测量球半径，如果测量外圈涡旋体型线轮廓则测量球半径rp取负号，如果测量内圈涡旋体型线轮廓则测量球半径rp取正号；rw可以通过测量的涡旋转角和理想涡旋半径的计算公式获得；i为对应的测量点数；me为测量系统误差，主要为涡旋体的安装误差和测量头沿X轴方向偏移误差，可以通过后面介绍的一些测量方法去除测量系统误差。

测量时，测量头沿着X轴匀速直线运动，旋转平台做相应的匀速旋转运动，因为涡旋体型线为理想渐开线，所以匀速直线运动和旋转运动之间的速度比例关系为常量，这个常量直接由涡旋体型线的设计参数决定。

2测量系统的位置和转角偏差分析

在转动涡旋体测量过程中，涡旋体和安装夹具之间以涡旋中心孔和两侧的转角定位槽为定位基准，如图2所示。涡旋中心孔为中心位置定位基准，转角定位槽为转角定位基准。由于夹具和精密旋转平台之间存在中心位置和转角偏差，这种偏差称之为测量系统中心位置和转角偏差。为了得到涡旋体加工位置和转角偏差，必须从测量的型线误差中去除测量系统误差。在转动涡旋体的测量夹具上安装一个标准圆筒，圆筒的内表面是经过精密研磨的，使测量系统的测量头扫描圆筒内表面轮廓，在圆筒周向上每隔0．2°取一个测量点，为了保证测量的重复性，在每个测量点的平均值。在MATLAB中将所取得的测量点拟合成圆，即可得到安装夹具旋转中心坐标。旋转标准圆筒的安装位置，在不同的起始角度测量标准圆筒的内表面轮廓，将所有旋转中心坐标求平均值。通过对中调整平台旋钮调节旋转平台中心坐标，使中心坐标尽量趋于零，此时表明定位夹具的旋转中心和旋转平台的旋转中心基本重合。

3涡旋体加工位置和转角偏差计算

3.1遗传优化算法的基本原理

JohnHolland教授于1975年*先提出遗传算法。它完全不同于传统的寻优方法，而是借用生物遗传学的观点，模拟自然界"物竞天择，适者生存"的进行全局并行的随机搜索，使问题的可能解向全局*优解进化。运用遗传算法求解问题时，首先要对优化的解进行编码，构成个体，不同的个体构成种群，并且根据目标函数确定适应度函数，每个个体根据适应度函数有一个适应值，然后通过选择，交叉和变异三个操作算子使种群进化为新一代更好的种群，这样不断进化，直到求出满足要求的解为止。

3.2基于遗传算法加工位置和转角偏差计算

在涡旋体加工过程中，由于涡旋线加工开始点对刀误差和加工机床的零点漂移，涡旋体型线会出现较大误差，对刀起始点偏差主要产生涡旋体型线加工转角偏差，这个转角偏差会使涡旋体型线轮廓整体向内或向外偏移。加工机床的零点漂移主要产生涡旋体型线加工位置偏差，加工位置偏差会使涡旋体型线轮廓产生周期性波动。通过开发的涡旋体快速测量系统得出涡旋体型线径向误差，然后由进行极坐标和直角坐标变换，从而可以得到涡旋体型线误差坐标。通过遗传算法对式的目标函数*优解进行全局搜索，搜索结束的条件为相邻两次目标函数值之差小于设定精度或迭代次数大于设定值，，设定*大迭代次数为1000次，迭代精度为010005mm.当遗传算法搜索结束后，可以得到全局的*优解（x0，y0，θ0）。

     4计算结果及其对比

首先利用标准圆筒对旋转平台中心坐标进行调整；然后对涡旋压缩机转子涡旋体型线误差进行测量，计算涡旋体型线径向误差，然后通过遗传算法进行中心位置偏差和转角偏差寻优计算；*后通过标准量块计算出测量系统安装角度误差。转角和位置偏差计算结果。总的位置和转角偏差为快速测量系统测得的涡旋体型线径向误差通过遗传优化算法计算的结果；测量系统位置误差为通过测量标准圆筒拟合成理想圆形得到的中心坐标。总的位置，转角偏差包括了测量系统位置，转角偏差和加工位置，转角偏差。从总的位置和转角偏差中去除测量位置和转角偏差即可得到加工位置和转角偏差。

为了验证测量系统测量的正确性，使用CMMs测量涡旋体型线误差，采用遗传算法进行全局搜索，CMMs测量系统误差可以忽略不计，因此CMMs总的位置和转角偏差即为加工位置和转角偏差。通过对比，开发的快速测量系统测量结果和CMMs测量结果基本一致。

对于快速测量系统去除测量系统位置和转角偏差后，涡旋体型线径向误差测量结果。RMs表示快速测量系统测量结果，CMMs为三坐标测量机测量结果。4a为转动涡旋体内圈型线测量结果，测量的误差范围为±415μm；4b为转动涡旋体外圈型线测量结果，测量的误差范围为±4μm；RMs的测量结果与CMMs测量结果基本一致。测量结果可以发现，涡旋体型线径向误差曲线存在周期性波动，表明存在加工位置偏差，如果将中计算的加工位置误差反馈补偿到加工机床的零点调整中，则可以基本去除周期性波动型线误差。同时测量的型线误差曲线对称中心不在零点，这主要是因为存在加工转角偏差，以中计算的加工转角偏差补偿调整加工机床的对刀起始点坐标，则能改善型线误差的对称中心。在加工过程中，涡旋体在粗加工完成后，通过上述开发的快速测量系统得到加工位置偏差和转角偏差后，重新调整加工机床的零点和对刀起始点，然后再对涡旋体进行精加工，则能显着提高涡旋体的加工精度。CMMs虽然能完成上述测量，但是每件涡旋体需要20min的测量时间，同时CMMs无法满足加工现场的测量环境，严重地影响了涡旋体的加工效率，快速测量系统涡旋体型线总的测量时间为230s，能满足加工现场测量环境，能提高涡旋体加工涡旋体型线径向误差曲线效率和加工精度。

5结语

基于圆柱坐标系开发了涡旋压缩机涡旋体加工位置和转角偏差快速测量系统，通过对旋转平台的标准圆筒和标准量块的测量得到测量系统的位置和转角偏差 ,基于遗传算法对涡旋体涡旋体型线误差函数进行位置和转角偏差全局搜索 ,通过对比 ,得到与CMMs基本一致的测量结果 ,但是测量时间缩短到230s,且能满足加工现场测量环境 ,提高了涡旋体加工精度和加工效率。