[發(fā)明專利]一種基于插補(bǔ)數(shù)據(jù)的多軸加工輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011548092.9
• 申請(qǐng)日: 2020-12-24
• 公開（公告）號(hào): CN112731865B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊建中;朱萬強(qiáng);周會(huì)成;張建雄;高嵩;張成磊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B19/404
• 分類號(hào): G05B19/404
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發(fā)明公開了一種基于插補(bǔ)數(shù)據(jù)的多軸加工輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法，屬于數(shù)控機(jī)床加工優(yōu)化領(lǐng)域，包括：將工件G代碼輸入數(shù)控系統(tǒng)后，進(jìn)行如下迭代過程：使數(shù)控系統(tǒng)空載運(yùn)行，對(duì)于多軸加工，則在插補(bǔ)過程中同步確定各指令插補(bǔ)點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)軸角度，運(yùn)行完成后，計(jì)算各實(shí)際插補(bǔ)點(diǎn)處的輪廓誤差矢量，若滿足精度要求，則預(yù)補(bǔ)償結(jié)束，否則，基于輪廓誤差矢量對(duì)指令插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行修正；對(duì)于每一個(gè)G代碼段，對(duì)其中所有修正后的指令插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行樣條擬合，得到對(duì)應(yīng)的樣條曲線，擬合過程中，維持G代碼段端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸角度不變；將各樣條曲線以及刀位點(diǎn)對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸角度作為數(shù)控系統(tǒng)新的輸入，開始下一輪迭代。本發(fā)明能夠簡化輪廓誤差補(bǔ)償過程，并提高補(bǔ)償精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床加工優(yōu)化領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于插補(bǔ)數(shù)據(jù)的多軸加工輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

數(shù)控加工過程中，由于各個(gè)加工環(huán)節(jié)中都存在誤差，比如刀具過切或干涉等，致使最后加工出的工件產(chǎn)生輪廓誤差，幾何精度降低。

目前，多種誤差補(bǔ)償技術(shù)在機(jī)床加工領(lǐng)域得到應(yīng)用。傳統(tǒng)方法是在工件加工后，利用三坐標(biāo)測量儀對(duì)工件尺寸精度進(jìn)行測量以得到誤差數(shù)據(jù)，并利用誤差數(shù)據(jù)對(duì)加工程序進(jìn)行調(diào)整。這種方法操作復(fù)雜，自動(dòng)化程度低，受人員操作水平等外在因素影響較大。也有許多新穎的自動(dòng)化高效的輪廓誤差補(bǔ)償與修正方法。

中國發(fā)明專利CN110032142A公開了一種基于數(shù)控加工路徑最小化修正的輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法，其補(bǔ)償原理是：基于伺服系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)的誤差響應(yīng)，建立機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)隨動(dòng)誤差與刀位指令序列的時(shí)域解析關(guān)系，從而預(yù)估機(jī)床實(shí)際刀位點(diǎn)；然后以刀位點(diǎn)補(bǔ)償量最小為優(yōu)化目標(biāo)建立帶約束的二次規(guī)劃模型，通過求解方程組得到最優(yōu)的補(bǔ)償量值。

中國發(fā)明專利CN107479497B公開了一種五軸加工軌跡輪廓誤差雙閉環(huán)補(bǔ)償方法，其補(bǔ)償原理是：基于模型預(yù)測和反饋校正，預(yù)估下一時(shí)刻各物理軸運(yùn)動(dòng)位置，通過切向逆推及牛頓法計(jì)算下一時(shí)刻及當(dāng)前時(shí)刻刀尖點(diǎn)及刀軸方向輪廓誤差。

中國發(fā)明專利CN109960215A公開了一種四軸車床加工軌跡輪廓誤差離線補(bǔ)償方法，其補(bǔ)償原理是：利用理論刀位點(diǎn)和理論刀軸矢量，構(gòu)建雅各比矩陣，離線計(jì)算進(jìn)給軸實(shí)際速度，從而預(yù)估車床進(jìn)給軸隨動(dòng)誤差，計(jì)算實(shí)際刀位點(diǎn)和刀軸矢量。再采用B樣條進(jìn)行擬合，計(jì)算出刀位點(diǎn)輪廓誤差與刀軸矢量輪廓誤差，最后分別對(duì)進(jìn)給軸隨動(dòng)誤差進(jìn)行預(yù)補(bǔ)償。

上述各種輪廓誤差補(bǔ)償方法，都需要建立復(fù)雜的預(yù)測模型來對(duì)整個(gè)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，而且實(shí)際加工位置主要依賴于前向數(shù)據(jù)或理論位置進(jìn)行預(yù)估。這些特點(diǎn)都會(huì)使得輪廓誤差的補(bǔ)償過程變得異常復(fù)雜，且補(bǔ)償精度隨預(yù)估方法的不同而波動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于插補(bǔ)數(shù)據(jù)的多軸加工輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法，其目的在于，簡化對(duì)多軸加工輪廓誤差的補(bǔ)償過程，提高對(duì)輪廓精度誤差的補(bǔ)償精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于插補(bǔ)數(shù)據(jù)多軸加工輪廓誤差預(yù)補(bǔ)償方法，包括如下步驟：

(S1)將工件G代碼作為數(shù)控系統(tǒng)的輸入；

(S2)使數(shù)控系統(tǒng)在非加工狀態(tài)下空載運(yùn)行，對(duì)于多軸加工，則在插補(bǔ)過程中，根據(jù)指令插補(bǔ)點(diǎn)相互位置，同步確定各指令插補(bǔ)點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)軸角度，運(yùn)行完成后，獲取數(shù)控系統(tǒng)反饋的實(shí)際插補(bǔ)數(shù)據(jù)，以計(jì)算每一個(gè)實(shí)際插補(bǔ)點(diǎn)處的輪廓誤差矢量，若輪廓誤差滿足預(yù)設(shè)的精度要求，則轉(zhuǎn)入步驟(S6)；若不滿足，則轉(zhuǎn)入步驟(S3)；

(S3)基于所計(jì)算的輪廓誤差矢量對(duì)指令插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行修正，以減小實(shí)際插補(bǔ)點(diǎn)與理論加工軌跡之間的誤差；

(S4)對(duì)于每一個(gè)G代碼段，獲得屬于G代碼段的修正后的指令插補(bǔ)點(diǎn)，并對(duì)所獲得的指令插補(bǔ)點(diǎn)進(jìn)行樣條擬合，得到用于描述G代碼段的刀尖點(diǎn)加工軌跡的樣條曲線，擬合過程中，維持G代碼段端點(diǎn)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸角度不變；