基于刀位点修改的曲面刀轨轮廓误差补偿方法.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CN104615083A(43)申请公布日(43)申请公布日2015.05.13(21)申请号201510034257.3(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)发明人贾振元宋得宁马建伟王福吉高媛媛(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)发明名称基于刀位点修改的曲面刀轨轮廓误差补偿方法(57)摘要本发明基于刀位点修改的曲面刀轨轮廓误差补偿方法属于数控机床动态误差补偿领域，涉及一种轮廓误差估计新方法和基于刀位点修改的曲面刀轨轮廓误差补偿新方法。该方法在辨识加工进给轴控制系统伺服增益的基础上，根据随动误差模型和直线插补加工代码，离线估计实际加工点；利用理想刀轨“累加弦长参数三次样条”近似的方法估计轮廓误差矢量；再利用轮廓误差矢量在各轴的分量计算轮廓误差补偿值，得到补偿后刀位点，进而生成补偿后直线插补数控加工代码，用于实际加工。该方法是提高数控机床动态精度的刀轨轮廓误差补偿方法，精确度高，计算过程稳定，无需在线测量。便于实施，适用范围广。CN104615083ACN104615083A权利要求书1/8页1.一种基于刀位点修改的加工曲面刀轨轮廓误差补偿方法，其特征是，该方法在辨识加工进给轴控制系统伺服增益的基础上，根据随动误差模型和直线插补加工代码，离线估计实际加工点；利用理想刀轨“累加弦长参数三次样条”近似的方法估计轮廓误差矢量；再利用轮廓误差矢量在各轴的分量计算轮廓误差补偿值，得到补偿后刀位点，进而生成补偿后直线插补数控加工代码，用于实际加工，从而提高高进给速度加工曲面刀轨的轮廓精度；方法的具体步骤如下：1)基于典型刀具加工轨迹轮廓误差测量，对各加工进给轴控制系统的位置环伺服增益进行辨识：首先，设计拐角轮廓C1C2C3，其中C1C2段与机床X进给轴正向夹角为零，数控指令加工进给速度为v0，C2C3段与机床X进给轴正向夹角为α，数控指令加工进给速度为v0/cosα，故在该加工轨迹全程，X进给轴加工进给速度分量始终为v0；与该加工轨迹对应的实际加工轨迹为C1'C2'C3'，考虑静态误差的影响，C2和C2'之间的距离，即拐点处加工误差Ex＝ex(v0)+e0，其中，ex(v0)为与加工进给速度有关的随动误差，且e0为机床在C2点处的静态误差，故得到：拐点误差Ex与X进给轴加工进给速度分量v0之间呈线性关系，利用最小二乘法辨识出X进给轴控制系统的位置环伺服增益Kvx；其次，通过测量直线轨迹的轮廓误差，对Y进给轴控制系统的位置环伺服增益进行辨识；与拐角误差相比，直线轨迹轮廓误差较小，不易测量，故设计l1、l2、l3三条间距相同的理论加工直线段轨迹，且与X进给轴正向夹角相同，为θl，l1'、l2'、l3'分别为l1、l2、l3对应的实际加工轨迹；l1和l3的加工进给速度相同且相对很低，故轮廓误差相等且相对较小，为El0；l2的加工进给速度高，为vl，轮廓误差为El，根据直线轨迹轮廓误差模型，二者满足：此外，令l1'与l2'间距为d1，l2'与l3'间距为d2，由尺寸关系得：结合(2)、(3)式可得：Δd＝Cons·vl-El0(4)式中，通过测量间距d1和d2并计算得出；Cons为常数，且：2CN104615083A权利要求书2/8页从(4)式可以看出，Δd与vl之间为线性关系，通过测量并计算不同进给速度vl下的Δd值，利用最小二乘法拟合出系数Cons，并利用(5)式和已辨识出的Kvx计算得出Y轴伺服增益Kvy：2)计算理论刀位点对应的实际加工位置根据西门子系统的数控机床在“连续路径”运行模式下高进给速度加工刀具轨迹轮廓误差的产生机理，令第i个理论刀位点为Ri(Rxi,Ryi)，则与之对应的实际加工位置Pi(Pxi,Pyi)为：式中，ex_i、ey_i为各进给轴的随动误差，且：其中，vx_i、vy_i分别为第i个程序段X轴和Y轴的进给速度分量，固有：式中，vi为加工代码中指定的该程序段进给速度；此外，令第一个刀位点处，理论刀位点与实际加工位置坐标相同，并综合式(7)、(8)、(9)可得估计实际加工位置的数学模型为：3)利用“累加弦长参数三次样条”插值估计期望加工轨迹根据直线插补数控加工代码，估计期望加工轨迹在各刀位点处的切向量；对于第i个3CN104615083A权利要求书3/8页插补刀位点Ri来说，利用其前一个刀位点Ri-1和后一个刀位点Ri+1连线的矢量作为Ri处理论加工轨迹的切线Tangi；另外，对于加工轨迹的起始点R1，没有前一个刀位点，利用第一和第