加工进给速度优化的刀轨曲线轮廓误差补偿方法.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(10)申请公布号CN104615084A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.05.13(21)申请号201510034260.5(22)申请日2015.01.23(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人马建伟宋得宁贾振元王福吉刘振(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人关慧贞(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书8页说明书11页附图4页(54)发明名称加工进给速度优化的刀轨曲线轮廓误差补偿方法(57)摘要本发明进给速度优化的刀轨曲线轮廓误差补偿方法属于复杂曲面零件高质高效加工领域，涉及一种包含进给速度优化和刀位点修改的刀轨曲线轮廓误差补偿方法。该方法根据直线插补加工代码中的刀位点和加工进给速度信息，以数控机床进给轴加速度和加加速度极限为约束，对进给速度进行优化；利用三次B样条拟合方法平滑进给速度曲线，得到最终优化后的加工进给速度；再利用刀位点和优化后进给速度，计算各轴轮廓误差补偿量，进而获得补偿后直线插补数控指令，用于实际加工，从而提高轮廓精度。该方法的实施过程仅需要修改直线插补加工代码中的刀位点和加工进给速度，方便可靠，通用性好，是提高高进给速度数控加工时刀轨曲线轮廓精度的有效方法。CN104615084ACN104615084A权利要求书1/8页1.一种加工进给速度优化的刀轨曲线轮廓误差补偿方法，其特性是，在高进给速度数控加工中进给轴“连续路径”运行模式下，根据直线插补数控加工代码中的刀位点和加工进给速度信息，以数控机床进给轴加加速度极限为约束，对进给速度进行一次优化；再以机床进给轴加速度极限为约束，对加工进给速度进行二次优化；利用三次B样条拟合方法，对加工进给速度进行平滑，得到最终优化后加工进给速度曲线；利用刀位点和优化后加工进给速度，计算各轴轮廓误差补偿量，实现刀轨轮廓误差的离线补偿，从而提高轮廓精度；方法具体步骤如下：1)以数控机床进给轴加加速度极限为约束对加工进给速度进行一次优化首先，计算高性能复杂曲面零件加工各数控程序段内加工进给轴的理想加工进给速度；设第i个直线插补程序段的运行终点，即第i个理想刀位点为Ri(Rxi,Ryi)，该程序段内的编程进给速度为vi，则各进给轴在该程序段内的理想进给速度为：式中，vx_i、vy_i分别为第i个程序段加工时间内X轴和Y轴的理想进给速度，θi为向量与X轴正向夹角，则：由公式(1)、(2)得：其次，计算进给轴在S形加减速模式下各程序段运行时间内达到理想进给速度所需要的最小加加速度；为此，在第i个程序段内，以起始点Ri-1的加工时间为原点建立笛卡尔坐标系，横轴为加工时间，纵轴为进给速度，并对理想进给速度进行两段二次Hermite插值，进而将得到的插值曲线方程对时间求二阶导数，即得到从第i-1个达到第i个理想进给速度所需要的最小加加速度值；令κ＝x,y表示进给轴X、Y，Δti表示第i个加工程序段的理论加工时间，且针对两段二次Hermite插值，由于是S形加减速，故第一段插值曲2CN104615084A权利要求书2/8页线Vκ_i(t)，的边界条件为：起点速度值Vκ_i(0)＝vκ_i-1，起点斜率，即起点加速度终点速度值第二段插值曲线Vκ_i(t)，的边界条件为：起点速度值终点速度值Vκ_i(Δti)＝vκ_i，终点斜率，即终点加速度据此得到的插值曲线方程为：利用式(4)对时间的二阶导数，得到Δti时间内κ进给轴加工进给速度分量从vκ_i-1到vκ_i所需要的最小加加速度的绝对值为：设数控机床加工进给轴加加速度极限为判断与的关系；若则无需优化，故若说明该程序段加工时，需要的最小加加速度超过了数控机床进给轴加加速度极限，则实际加工进给速度不能达到数控指令进给速度，需要对数控指令进给速度进行优化；设以加加速度极限为约束进行优化后的第i个程序段κ进给轴加工进给速度分量为由如下公式得出：式中，Jκ_i(t)为第i个程序段内κ进给轴实际能够达到的加工进给加加速度，为：其中，为经加加速度极限约束优化加工进给速度之后的第i个程序段理论加工时3CN104615084A权利要求书3/8页间，且sign(vκ_i-vκ_i-1)为(vκ_i-vκ_i-1)的符号：将式(7)代入式(6)可得时满足的方程为：公式(9)为一关于的一元三次方程，有三个根，设分别为r1、r2、r3，则取舍的方式如下：若三个根中，有两个共轭虚根，则余下的实根，设为rk，即为所求的若三个根都为实根，当rk满足下列三个条件时，即为所求的条件为：(1)rk与vκ_i符号相同，即rk·vκ_i＞0；(2)rk的绝对值比优化前速度vκ_i的绝对值小，即|rk|＜