[发明专利]一种阶梯轴的径向圆跳动误差的评定方法

说明书

本发明属于精密计量与计算机应用领域，具有涉及一种稳定、快速、形式简单的阶梯轴的径向圆跳动误差的评定方法。本发明包含以下步骤：获取被测段和基准段的初始测点集；进行预定位，获得预定位后的基准段测点集、被测段测点集和基准段截面初始圆心坐标集；根据基准段各截面测点构造参数矩阵，由关键点集构造分析矩阵进行分析，并决定寻优策略；根据寻优结果更新基准段截面圆心坐标集；由基准段截面圆心坐标集构造参数矩阵，由关键点集构造分析矩阵进行分析，并决定寻优策略；根据寻优结果更新基准段和被测段的测点集及相关参数；判断基准段和被测段的是否符合设计尺寸要求；计算并判断被测阶梯轴的被测段的径向圆跳动误差是否合格。

技术领域

本发明属于精密计量与计算机应用领域，具有涉及一种稳定、快速、形式简单的阶梯轴的径向圆跳动误差的评定方法，可用于以待测轴段两侧指定轴段的轴线为公共基准轴线的阶梯轴的径向圆跳动的评定，并为其加工工艺的改进提供指导。

背景技术

阶梯轴是机械加工中较为常见的轴类零件，其加工过程中产生的尺寸误差、形位误差（形状误差和位置误差的简称）直接影响产品质量、装配及其使用寿命，快速、准确地计算零件误差，具有重要的意义。

径向圆跳动是轴类零件几何公差的重要指标之一，国家标准GBT 1182-2008和GBT1958 -2004及ISO 1101:2012（E）标准中给出了径向圆跳动误差的定义和检测方法，但并未给出由具体的测量数据计算径向圆跳动误差值的方法。而且，当前流行的五类评定方法都难以直接用于阶梯轴的径向圆跳动误差的评定。

第一类，专门的几何评定方法。利用圆柱的几何性质，按照外切圆柱的平移和变形策略，逐步寻找符合国家标准和ISO标准的定义和/或判别条件的径向圆跳动误差。这类方法速度较快，但数学建模较为复杂，不易于推广使用。

第二类，凸包或类凸包评定方法。利用凸包的性质构建凸包或类凸包，获取有效测量数据，缩小待评定数据规模，最终通过枚举法取得符合国家标准和ISO标准的定义和/或判别条件的径向圆跳动误差。这类方法处理中等规模的测点数据时有明显的优势。对于数据规模较大的场合，也可以通过构建凸包来缩小数据规模，但当这类方法用于直接评定时，效率会显得有所不足。

第三类，构建线性或非线性的目标优化函数，并采用一般优化方法进行优化求解，目标优化函数的优化值作为径向圆跳动误差。这类方法简单易懂，在很多软件中实现了标准解法，易于推广。然而，由于没有加入径向圆跳动误差评定的几何特点，且未考虑评定任务中数据规模较大的情况，这类方法的效率普遍不高。

第四类，人工智能/生物智能算法。这类方法相较于第三类方法的优势在于分析“具有复杂梯度解析式或没有明显解析式的目标函数”和寻找“全局最优值”。这类方法目前也在很多软件中实现了标准解法，也易于推广。虽然目前这类方法比较流行，但并不适用于径向圆跳动误差的评定。这是因为径向圆跳动误差评定的目标函数的梯度是大量简单解析式之和，且目标函数的“局部最优值”就是“全局最优值”。因此，该类方法相较于第三类方法并未具备明显优势。

第五类，有效集法。有效集法是专门处理大规模规划问题的一种方法，其特点在于在寻优过程中尽量减少对“无效约束”的处理。应用于径向圆跳动误差评定时，效率与第一类方法相当，算法成熟度和软件集成度与第三类、第四类方法相当，是目前较为快速、简单的径向圆跳动误差评定方法。但是，这种方法对初始值非常敏感，并不是总能稳定地完成几何评定任务。

综上所述，目前的几何评定方法应用于阶梯轴的径向圆跳动误差的评定时，不能同时兼顾稳定、快速和形式简单。

发明内容

本发明的目的是：

本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种稳定、快速、形式简单的，以待测轴段两侧指定轴段的轴线为公共基准轴线的阶梯轴的径向圆跳动误差的评定方法，评定结果可以为其加工工艺的改进提供指导。