[發明專利]一種采用角度頭刀柄進行數控加工的非線性誤差處理方法

有效

• 申請號: 201210065618.7
• 申請日: 2012-03-14
• 公開（公告）號: CN102629120A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 李迎光;李海;劉旭;劉長青;王偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明涉及一種采用角度頭刀柄進行數控加工的非線性誤差處理方法，屬于CAM(計算機輔助制造)/CNC（計算機數字控制）技術領域。

背景技術

角度頭（Angle?Head）是數控加工中連接數控機床主軸和刀具的一種特殊刀柄，是飛機結構件加工中采用的一種新型設備。在飛機結構件加工中，機床安上角度頭后刀具旋轉中心線可以與主軸旋轉中心線成角度加工工件，可使立式加工中心進行臥式加工，在沒有改變機床結構的情況下增大機床的加工范圍和適應性，實現零件的一次性裝夾多工序加工，提高加工精度和效率。

在使用角度頭進行五軸聯動加工時，機床主軸部件的擺動帶動角度頭刀柄及其附屬刀具擺動，使刀具中心點的實際運動軌跡偏離編程直線，產生非線性誤差，使零件在加工后會存在欠切或者過切現象。?

五軸數控加工機床中，刀具中心點和主軸部件的旋轉中心之間的距離稱為樞軸中心距（Pivot，簡稱樞軸距）。樞軸距使加工中刀具的擺動引起刀具中心點平移坐標的變化，因而產生非線性誤差。針對于普通刀柄夾持刀具加工，現有高檔數控系統（如Sinumerik和Fidia數控系統）大多具備RTCP（Rotational?Tool?Center?Point旋轉刀具中心點）功能，設定刀具中心點為RTCP點，來補償樞軸距，消除非線性誤差，保證數控加工的準確性。在使用角度頭的數控加工中單一地使用RTCP功能存在以下不足：（1）角度頭角度多變，相比常規刀柄使用RTCP功能時對刀過程冗繁，對操作工人要求高，加工出錯幾率大；（2）現有的其它數控系統，不一定具備針對于角度頭加工的RTCP配置功能，因而對工藝環境要求高，相應的加工仿真軟件也需具備角度頭加工的RTCP配置功能模塊。

對現有的技術文獻檢索發現，吳大中等在學術期刊《上海交通大學學報》上發表的論文“五坐標數控加工的非線性運動誤差分析與控制”，針對于常規刀柄建立了非線性誤差運動模型，提出了基于后置處理的非線性誤差控制策略，但針對于使用角度頭的加工單獨使用此類方法也存在不足：（1）針對于角度頭刀柄的復雜結構，需要針對機床結構計算平移坐標補償值等參數量，相應后置處理將變得非常繁瑣；（2）由于機床結構上的樞軸距較大，后置處理中插入的刀位點將過于密集，會降低機床運行速度，影響加工效率。

發明內容

針對以上問題，本發明提出了一種采用角度頭刀柄進行數控加工的非線性誤差處理方法，基于角度頭加工中的非線性誤差由樞軸距和刀長距的合成矢量引起的原理，對樞軸距引起非線性誤差與刀長距引起的非線性誤差分別處理。對于樞軸距引起的誤差，將通過數控系統RTCP功能來處理；對于刀長距引起的非線性誤差，將在后置處理中進行控制。

本發明為解決其技術問題采用如下技術方案：

一種采用角度頭刀柄進行數控加工的非線性誤差處理方法，?將角度頭加工中的非線性誤差分為RTCP點到機床旋轉中心的方向和RTCP點到角度頭刀具中心點的方向兩個方向進行處理，包括以下步驟：

1）測量RTCP點到機床旋轉中心的距離參數，且稱為樞軸距參數，針對于加工時主軸方向上的誤差采用數控系統RTCP功能來處理；依據樞軸距，將RTCP點設置在角度頭上的刀具旋轉軸線與機床主軸線的交點；

2）測量RTCP點到角度頭刀具中心點的距離參數，且稱為刀長距參數，針對于加工時刀具方向上的誤差在后置處理中進行控制；首先確立非線性運動誤差中的精度參數、刀長距參數與插入點位間距之間的關系，然后依據此關系以及用戶的精度參數和刀長距參數，進行點位的插入。

所述步驟2）中后置處理點位的插入，對于后置程序中某兩個點位，若誤差大于允許值，則插入新的點位，然后以新的點位為起點，計算其與后一個點位之間的誤差，并依據誤差是否滿足要求插入新的點位，如此循環算直到不需插入新的點位為止，通過在后置程序中的點位間插入新的刀位點，控制走刀步長，使刀位數據密化，從而有效控制非線性運動誤差。

本發明的有益效果如下：

提出數控系統RTCP與后置補償相結合的方法，有效解決零件加工中采用角度頭時的非線性誤差處理難題。一方面解決了使用現有數控系統時操作的繁瑣性、安全性問題，與常規刀柄一致的RTCP設置方式保證了多種數控系統和仿真軟件下使用角度頭刀柄的通用性。另一方面，避免了單獨使用后置處理進行非線性誤差的效率低下問題。本發明在保證精度的情況下，很好地提高了使用角度頭進行五軸聯動加工時的效率。

附圖說明