[发明专利]基于修改NC程序的数控机床综合误差三阶优化补偿方法

说明书

本发明属于多轴数控机床综合误差补偿关键技术研究领域，目的是为了解决现有技术中，对于长期服役后加工精度大幅度衰减的多轴数控机床缺少通用的误差补偿方法的问题。本发明提出的“分段细化‑分段优化‑深度优化”的三阶优化数控机床运动误差离线补偿方法。具体步骤如下：基于已有的NC程序，从相应的程序行中读取进给轴或主轴运动的起始点位和终止点位，将该段轨迹进行分段细化；计算出该路径上的各个关键点位并运用数控机床位姿预测模型求出其相应的误差，对关键点位进行初次优化；将优化后的点位进行以预定精度值为约束条件的迭代计算来实现深度优化。该方法对各种不同控制系统的多轴联动数控机床具有很好的通用性。

技术领域

本发明属于多轴数控机床综合误差补偿关键技术研究领域，特别涉及一种修改原NC加工程序的多轴联动数控机床综合误差离线补偿方法。

背景技术

多轴联动数控机床综合误差补偿一直是数控加工和智能控制领域的研究热点。数控机床的误差补偿方法主要分为硬件误差补偿和软件误差补偿。硬件误差补偿方法，主要是针对数控机床系统性、规律性、可重复的误差项，通过检测各相关运动轴传动链的误差变化曲线，设计计算出与原传动部件互补的矫正机构，实现误差补偿，该方法对不同的运动轴和不同的机床需要设计特定的补偿装置，通用性较差且成本较高。近年来，软件误差补偿方法成为数控机床误差补偿主要研究方向。基于神经网络、灰色理论、多体系统运动学、时间序列及蚁群算法等理论方法，研究者们提出了各种各样的补偿方法。[张秋菊,赵一丁,毛军红,林其骏.模糊自学习误差补偿方法及其在位置误差补偿中的应用[J].西安交通大学学报,1995,29(2):67-72.]，该文献提出了一种模糊自学习的软件误差补偿方法并成功应用于开环数控系统的位置误差补偿，其特点在于根据误差及其变化率，进行fuzzy推理获取误差修正值，采用自学习技术生成误差校正表。[Hsu YY,Wang SS.A new compensationmethod for geometry errors of five-axis machine tools[J].InternationalJournal of Machine Tools and Manufacture,2007,47(2):352-360.],该文献根据数控机床的正向逆向运动学方程通过解耦方法先计算出转动轴误差后计算出线性轴误差，通过修改NC代码来实现加工误差补偿。[傅建中,付国强,贺永,林志伟.一种基于工件模型重建的三轴数控机床几何误差补偿方法[P].中国:发明专利,CN104057363A,2014.06.10],该发明公开了一种基于工件模型重建的数控机床几何误差补偿方法，采用等参数法得到工件表面上各点坐标并代入误差模型进行修正，依据修正后的各关键点位重建工件模型，将工件原点作为程序原点生成相应的加工路径和代码，实现对数控机床几何误差的补偿。

虽然已有各种各样的多种理论和方法的研究，但对于那些长期服役后加工精度大幅衰减的多轴数控机床还缺少通用的误差补偿方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中，对于长期服役后加工精度大幅度衰减的多轴数控机床缺少通用的误差补偿方法的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种基于修改NC程序的数控机床综合误差三阶优化补偿方法，实现数控机床加工运动的综合误差离线补偿，从而提高加工精度。该方法的具体步骤如下：

根据多体系统运动学理论和机床的拓扑结构，建立多轴数控机床位姿误差预测模型；

基于欲加工工件的NC程序，读取进给轴运动的起始点和终止点，计算起始点与终止点之间的距离，若所述距离产生误差大于设定的误差阈值，则进行误差三阶优化补偿并修改所述NC程序；

将修改后的NC程序导入多轴数控机床伺服控制系统，进行实际铣削加工。

具体地，进行三阶优化补偿的具体方法如下：