一种严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法和系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113741341A(43)申请公布日2021.12.03(21)申请号202110902889.2(22)申请日2021.08.06(71)申请人西安交通大学地址710049陕西省西安市咸宁西路28号(72)发明人张俊吴浩宇尹佳张会杰赵万华(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200代理人白文佳(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图4页(54)发明名称一种严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法和系统(57)摘要本发明公开了一种严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法和系统，属于数控加工技术领域。首先给出轮廓误差的严格定义，避免了在大曲率零件计算过程中定义失效的问题；其次采用系统辨识的方法代替复杂的坐标变换，建立进给伺服系统模型；接下来采用局部搜索的方法确定目标插补点，同时采用局部直线插补的方式拟合加工轨迹，并且根据理论插补点与实际插补点的位置关系分别求解轮廓误差，提高了计算效率，适用于复杂零件轮廓误差的预测。本发明方法同时考虑了轮廓误差的预测效率与计算准确性，适用于大曲率零件轮廓误差的预测。CN113741341ACN113741341A权利要求书1/2页1.一种严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1)获取机床传递函数，并基于零件加工的理论插补指令位置，得到零件加工的实际插补指令位置；步骤2)基于零件加工特征，为轮廓误差进行严格定义，基于严格定义后的轮廓误差，获取距离实际插补指令位置最近的理论插补指令位置；严格定义后的轮廓误差为时间跨度最小的前提下，实际插补指令位置到理想加工轨迹的法向距离；步骤3)基于步骤2)的理论插补指令位置计算得到零件的理想加工轨迹，基于理想加工轨迹得到零件轮廓误差计算需要的理论插补指令位置；步骤4)基于实际插补指令位置与零件轮廓误差计算需要的理论插补指令位置，获取实际插补指令位置处对应的轮廓误差；步骤5)重复步骤1)～步骤4)，得到每个实际插补指令位置处的轮廓误差。2.根据权利要求1所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，步骤1)中机床传递函数是通过系统辨识的方法对机床伺服系统进行辨识得到的。3.根据权利要求1所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，机床传递函数的建立过程具体为：首先获取能够激励机床各进给轴运动的激励信号；之后将激励信号转化为激励代码输入机床数控系统中，使机床各进给轴进行激励运动；在机床各进给轴激励运动的过程中，采集理论插补指令位置、光栅检测位置数据；基于理论插补指令位置和光栅检测位置数据，经过系统辨识，建立机床传递函数。4.根据权利要求1所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，步骤2)中，距离实际插补指令位置最近的理论插补指令位置是通过中心窗口法或系统遍历法得到的。5.根据权利要求4所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，步骤2)中，通过中心窗口法获得距离实际插补指令位置最近的理论插补指令位置时，具体操作过程为：在每一个插补点指定一个移动窗口，分别计算实际插补指令位置与窗口内各插补点的距离，从而确定距离实际插补指令位置最近的理论插补指令位置。6.根据权利要求1所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，步骤3)中，理想加工轨迹是通过直线插补的方法得到的。7.根据权利要求1所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，步骤4)中，轮廓误差的具体计算过程为：首先获取距离实际插补指令位置最近的理论插补指令位置，计算理论插补指令位置的方向向量、实际插补指令位置与理论插补指令位置连线的方向向量；根据两个方向向量数量积的符号，确定轮廓误差的具体计算情况；作实际指令位置到理论插补指令点的方向向量的垂线，得到垂足的位置坐标；基于轮廓误差定义，得到轮廓误差矢量，进一步计算得到轮廓误差。8.根据权利要求7所述的严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测方法，其特征在于，2CN113741341A权利要求书2/2页步骤4)中，轮廓误差的具体计算情况包括以下三种：情况1：当计算Pa到的距离作为轮廓误差值；情况2：当计算Pa到的距离作为轮廓误差值；情况3：当计算Pa到Pr的距离作为轮廓误差值；其中，Pa为实际插补指令位置；Pr为距离实际插补指令位置最近的理论插补指令位置；Pr+1为Pr后一个理论插补指令位置；Pr‑1为Pr前一个理论插补指令位置。9.一种严格定义下切削加工的零件轮廓误差预测系统，其特征在于，包括：传递函数模块，用于获取机床传递函数，基于机床传递函数和加工的理论插补指令位置，得到零件加工的实际插补指令位置；理想加工轨