[发明专利]一种采用角度头刀柄进行数控加工的非线性误差处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用角度头刀柄进行数控加工的非线性误差处理方法，属于CAM(计算机辅助制造)/CNC（计算机数字控制）技术领域。

背景技术

角度头（Angle Head）是数控加工中连接数控机床主轴和刀具的一种特殊刀柄，是飞机结构件加工中采用的一种新型设备。在飞机结构件加工中，机床安上角度头后刀具旋转中心线可以与主轴旋转中心线成角度加工工件，可使立式加工中心进行卧式加工，在没有改变机床结构的情况下增大机床的加工范围和适应性，实现零件的一次性装夹多工序加工，提高加工精度和效率。

在使用角度头进行五轴联动加工时，机床主轴部件的摆动带动角度头刀柄及其附属刀具摆动，使刀具中心点的实际运动轨迹偏离编程直线，产生非线性误差，使零件在加工后会存在欠切或者过切现象。 

五轴数控加工机床中，刀具中心点和主轴部件的旋转中心之间的距离称为枢轴中心距（Pivot，简称枢轴距）。枢轴距使加工中刀具的摆动引起刀具中心点平移坐标的变化，因而产生非线性误差。针对于普通刀柄夹持刀具加工，现有高档数控系统（如Sinumerik和Fidia数控系统）大多具备RTCP（Rotational Tool Center Point旋转刀具中心点）功能，设定刀具中心点为RTCP点，来补偿枢轴距，消除非线性误差，保证数控加工的准确性。在使用角度头的数控加工中单一地使用RTCP功能存在以下不足：（1）角度头角度多变，相比常规刀柄使用RTCP功能时对刀过程冗繁，对操作工人要求高，加工出错几率大；（2）现有的其它数控系统，不一定具备针对于角度头加工的RTCP配置功能，因而对工艺环境要求高，相应的加工仿真软件也需具备角度头加工的RTCP配置功能模块。

对现有的技术文献检索发现，吴大中等在学术期刊《上海交通大学学报》上发表的论文“五坐标数控加工的非线性运动误差分析与控制”，针对于常规刀柄建立了非线性误差运动模型，提出了基于后置处理的非线性误差控制策略，但针对于使用角度头的加工单独使用此类方法也存在不足：（1）针对于角度头刀柄的复杂结构，需要针对机床结构计算平移坐标补偿值等参数量，相应后置处理将变得非常繁琐；（2）由于机床结构上的枢轴距较大，后置处理中插入的刀位点将过于密集，会降低机床运行速度，影响加工效率。

发明内容

针对以上问题，本发明提出了一种采用角度头刀柄进行数控加工的非线性误差处理方法，基于角度头加工中的非线性误差由枢轴距和刀长距的合成矢量引起的原理，对枢轴距引起非线性误差与刀长距引起的非线性误差分别处理。对于枢轴距引起的误差，将通过数控系统RTCP功能来处理；对于刀长距引起的非线性误差，将在后置处理中进行控制。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种采用角度头刀柄进行数控加工的非线性误差处理方法， 将角度头加工中的非线性误差分为RTCP点到机床旋转中心的方向和RTCP点到角度头刀具中心点的方向两个方向进行处理，包括以下步骤：

1）测量RTCP点到机床旋转中心的距离参数，且称为枢轴距参数，针对于加工时主轴方向上的误差采用数控系统RTCP功能来处理；依据枢轴距，将RTCP点设置在角度头上的刀具旋转轴线与机床主轴线的交点；

2）测量RTCP点到角度头刀具中心点的距离参数，且称为刀长距参数，针对于加工时刀具方向上的误差在后置处理中进行控制；首先确立非线性运动误差中的精度参数、刀长距参数与插入点位间距之间的关系，然后依据此关系以及用户的精度参数和刀长距参数，进行点位的插入。

所述步骤2）中后置处理点位的插入，对于后置程序中某两个点位，若误差大于允许值，则插入新的点位，然后以新的点位为起点，计算其与后一个点位之间的误差，并依据误差是否满足要求插入新的点位，如此循环算直到不需插入新的点位为止，通过在后置程序中的点位间插入新的刀位点，控制走刀步长，使刀位数据密化，从而有效控制非线性运动误差。

本发明的有益效果如下：

提出数控系统RTCP与后置补偿相结合的方法，有效解决零件加工中采用角度头时的非线性误差处理难题。一方面解决了使用现有数控系统时操作的繁琐性、安全性问题，与常规刀柄一致的RTCP设置方式保证了多种数控系统和仿真软件下使用角度头刀柄的通用性。另一方面，避免了单独使用后置处理进行非线性误差的效率低下问题。本发明在保证精度的情况下，很好地提高了使用角度头进行五轴联动加工时的效率。

附图说明