一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法.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CN106970589A(43)申请公布日2017.07.21(21)申请号201611105963.3(22)申请日2016.12.06(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市高新园区凌工路2号(72)发明人孙玉文陈满森包玉荣郭东明(74)专利代理机构大连星海专利事务所21208代理人花向阳杨翠翠(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书5页说明书12页附图7页(54)发明名称一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法(57)摘要本发明一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法，属于数控加工领域。该方法首先根据预设间隔，对给定路径的参数区间进行分割，并计算出每个分割区间内轮廓误差和机床运动学约束下的最大可行进给率。然后，对进给率幅值波动范围较小的分割区间进行融合，再从参数起点开始，扫描所有分割区间的最大可行进给率序列，识别出进给率敏感区和拐点位置。进而，利用双向扫描算法对拐点处最大可行进给率进行修正。最后，以最大可行进给率序列为基础，对用于表达进给率轮廓的B样条曲线控制点进行适应性配置，并进行轮廓误差和机床各轴运动学特性约束下的进给率曲线的松弛调整，以有效改善数控加工的运动学特性，保证数控加工的几何精度和表面质量。CN106970589ACN106970589A权利要求书1/5页1.一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法，其特征是：首先，根据零件的加工要求和工艺特点，确定零件加工的最大进给率fmax、轮廓误差的最大允许值εmax和机床各轴速度极限值Vmax、加速度极限值Amax、加加速度极限值Jmax，并以预设的区间间隔，对给定路径的参数区间进行分割，计算出每个分割区间内轮廓误差和机床运动学约束下的最大可行进给率，在此基础上，对进给率幅值波动范围较小的分割区间进行融合，然后，从参数始位置开始，扫描所有分割区间的最大可行进给率序列，识别出进给率敏感区，并确定相应的进给率拐点位置，进而，再利用双向扫描算法对拐点处的最大可行进给率进行修正，最后，以最大可行进给率序列为基础，对用于表达进给率轮廓的B样条曲线的控制点进行适应性配置，并进行轮廓误差和机床各轴运动学特性约束下的进给率曲线的松弛调整，实现将约束超差区间内轮廓误差和各轴运动学特性限制在允许范围内的目的；对加工路径采用B样条参数曲线表示，且其参数区间为[0,1]，首先，设定区间分割数为m，得加工路径分割区间的区间长度为Δu＝1/m，于是，整条加工路径的系列分割区间表示为在此基础上，按如下步骤实现轮廓误差和机床各轴运动学特性约束下的进给率的松弛：1)轮廓误差与机床运动学约束下，分割区间内的最大可行进给率计算；针对第i个区间段[(i-1)Δu,iΔu]，在轮廓误差和机床各轴运动学约束下，必然存在一个满足上述约束条件的最大可行进给率，将其设为Fi；因此，沿着整个参数加工路径，将能够得到一组对应分割区间的进给率序列其具体实现过程如下：①在给定的区间[(i-1)Δu,iΔu]内，均匀采样获取N个检验点，并记为uij(j＝1,2,...,N)；②假设机床各轴之间无动态不匹配现象，则该分割区间满足轮廓误差εmax要求的最大c可行进给率Fi通过计算得到，式中ρ(uij)表示加工路径在检验点uij处的曲率大小；③给定机床各轴运动学特性极限值Vmax，Amax以及Jmax，则该分割区间满足此类约束的最d大可行进给率Fi通过计算得到，式中τ＝x,y表示沿加工路径P(uij)的两个运动分量，σ为其路径总长度；④基于上述结果，该分割区间满足所有约束的最大可行进给率Fi通过下式得到；cdFi＝min(Fi,Fi)(3)沿加工路径参数循环上述过程，便得到一组对应的进给率序列2)进给率敏感区识别，首先需设定进给率波动允许范围δ，并遍历进给率序列对进给率幅值波动范围较小的分割区间进行融合；具体地，令T为搜索域值，当进给率序列满足条件时，则将其参数区间进行融合，形成单参数区间，其区间内相应的进给2CN106970589A权利要求书2/5页率值被修正为至此，能够得到一组新的进给率序列之后，将首末端进给率F1，FM以及满足Fi-1＜Fi＜Fi+1条件的Fi定义为拐点进给率，其所在分割区间被称为进给率敏感区，其中分别表示该区间的左右两个端点；3)基于双向扫描算法的拐点进给率修正，假设与分别为相邻的两个进给率敏感分割区间，对应的进给率分别为Fi与Fi+k，此时参数区间则被定义为进给率Fi至Fi+k的过渡区间；值得注意的是，当域值较小，进给率Fi即使以最小的加速度上升或下降至Fi+k时，过渡区间内的轮廓误差及机床运动学约束依然会存在超差现象；为此，采用双向扫描算法对敏感区进给率进行修正，具体步骤如下：①考虑到进