面向圆柱凸轮加工的三轴联动轮廓误差补偿控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102662351A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102662351A(43)申请公布日2012.09.12(21)申请号201210073867.0(22)申请日2012.03.18(71)申请人山东理工大学地址255086山东省淄博市高新技术产业开发区高创园D座1012(72)发明人赵国勇赵玉刚王士军赵庆志(51)Int.Cl.G05B19/404(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图44页(54)发明名称面向圆柱凸轮加工的三轴联动轮廓误差补偿控制方法(57)摘要本发明提供一种面向圆柱凸轮加工的三轴联动轮廓误差补偿控制方法，针对A轴、X轴、Y轴联动，在插补加工过程中进行轮廓误差计算和补偿，其特征在于：在每个采样周期，在机床坐标系下检测得到A轴、X轴、Y轴工作台实际位置；转化到空间直角坐标系下，将当前实际刀位点到圆柱凸轮轮廓线刀具轨迹上最近的两个插补点连线之距离近似为轮廓误差；再转化到机床坐标系下得到A轴、X轴、Y轴相应的轮廓误差；引入比例缩放因子，经比例控制得到轮廓误差补偿量，再分别与A轴、X轴、Y轴对跟随误差的位置控制量相叠加，输出到伺服执行机构。本发明优点是：在A轴、X轴、Y轴联动加工时，轮廓误差描述直观、计算精度高，轮廓误差补偿方法简单、有效。CN102635ACN102662351A权利要求书1/1页1.一种面向圆柱凸轮加工的三轴联动轮廓误差补偿控制方法，针对A轴、X轴、Y轴联动，在插补加工过程中进行轮廓误差计算和轮廓误差补偿，其特征在于包括以下步骤：1)在对圆柱凸轮轮廓线刀具轨迹插补加工的每个采样周期，一方面，在机床坐标系下，经A轴、X轴、Y轴各自的位置传感器检测当前各轴工作台实际位置，得到实际刀位点R(RA，Rx，Ry)坐标，计算得到A轴、X轴、Y轴的跟随误差，分别记为EA、Ex、Ey；另一方面，将机床坐标系下实际刀位点R(RA，Rx，Ry)转化到空间直角坐标系Oxyz下，得到对应的实际刀位点R′(Rx′，Ry′，Rz′)坐标，其中Rx′＝Rx，Ry′＝Ry，Rz′＝Ry·tgRA；2)在空间直角坐标系Oxyz下，找到圆柱凸轮轮廓线刀具轨迹上距当前实际刀位点R′(Rx′，Ry′，Rz′)最近的两个插补点Pa、Pb，将实际刀位点R′到插补点Pa、Pb连线PaPb之距离近似为轮廓误差ε′，将轮廓误差ε′沿X轴、Y轴、Z轴分解得到εx′、εy′、εz′；3)将空间直角坐标系Oxyz下轮廓误差ε′(εx′，εy′，εz′)转化到机床坐标系下，得到A轴、X轴、Y轴对应的轮廓误差ε(εA，εx，εy)，分别为εx＝εx′，εy＝εy′；4)借用A轴、X轴、Y轴进给系统各自跟随误差PID位置控制器中的比例系数KpA、Kpx、Kpy，来计算沿A轴、X轴、Y轴的轮廓误差补偿量，CεA＝εA·KpA，Cεx＝εx·Kpx·w，Cεy＝εy·Kpy·w，其中w为引入的比例缩放因子，用来控制轮廓误差补偿程度强弱，在0.9～1.1之间取值；然后将轮廓误差补偿量CεA、Cεx、Cεy分别叠加到A轴、X轴、Y轴对跟随误差的位置控制量中，并将叠加结果输出到A轴、X轴、Y轴的伺服执行机构进行轮廓误差补偿控制。2CN102662351A说明书1/4页面向圆柱凸轮加工的三轴联动轮廓误差补偿控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种轮廓误差补偿控制方法，特别是涉及一种面向圆柱凸轮加工的三轴联动轮廓误差补偿控制方法。背景技术[0002]圆柱凸轮机构与平面凸轮机构相比，体积小、结构紧凑、刚性好、运转可靠、传动转矩大，在实现间隙分度运动、较大运动升程方面具有很大优势。圆柱凸轮属于空间凸轮，按照从动件的运动方式可以分为直动从动件圆柱凸轮和摆动从动件圆柱凸轮。可以采用带有一个回转工作台的数控铣床加工圆柱凸轮轮廓，例如在带有回转工作台的立式数控铣床上，可以用X进给轴、A旋转轴联动加工直动从动件圆柱凸轮，用X进给轴、Y进给轴、A旋转轴联动加工摆动从动件圆柱凸轮。圆柱凸轮加工中影响圆柱凸轮加工精度的误差来源包括丝杠间隙、导轨不直、热变形等机床结构误差，驱动系统的动态特性、控制器与外部干扰引起的误差等。其中，由于数控机床机械部分、伺服驱动比较复杂，且涉及机械、电气、控制及在运动过程中参数的变化，机床各联动进给轴之间实际动态性能很难做到完全匹配，这直接影响了轮廓精度的提高，是造成轮廓误差的重要原因。研究表明，在零件加工中对轮廓误差计算并进行实时补偿，是提高系统轮廓精度的有效途径。轮廓误差指当前实际刀位点到所跟踪刀具轨迹曲线的最短距离。在直线轴联动场合，轮廓误差描述直观，便于计算和补偿；但是在直线轴和旋转轴联动场合，轮廓误差的描述以及计算补偿较为困难。[0003]对现有的技术文献检