[发明专利]一种自适应变增益轮廓误差补偿方法

说明书

本发明一种自适应变增益轮廓误差补偿方法属于精密高效智能化数控加工技术领域，涉及一种参数曲线插补数控加工过程中用于提高数控系统轮廓跟踪精度的非线性变增益轮廓误差补偿方法。该方法根据数控参数曲线插补器所生成的自由曲线与实际刀位点之间的几何位置关系，利用切向误差逆推策略快速寻找曲线轮廓上距离实际刀位点最近的垂足点，进而实现轮廓误差矢量的高精度估计；利用估计结果，根据轮廓误差矢量大小以及轮廓误差矢量的方向变化程度自适应计算合理的补偿增益，从而实现轮廓误差的有效补偿。本发明可有效平衡轮廓误差补偿的响应速度和补偿轨迹的平滑性，进而改善数控系统的轮廓跟踪性能，对提高数控机床加工精度具有重要意义。

技术领域

本发明属于精密高效智能化数控加工技术领域，涉及一种参数曲线插补加工过程中用于提高加工精度的自适应变增益轮廓误差补偿方法。

背景技术

轮廓跟踪是数控机床为实现复杂曲面零件加工所面临的重要任务，数控系统轮廓跟踪精度直接影响着数控机床的加工精度。由于单进给轴伺服控制系统的伺服滞后、多进给轴动态特性不匹配以及外部随机扰动等因素的存在，在高速数控进给运动过程中，实际运行轨迹与理想轨迹间即会产生轮廓误差，其定义为实际刀位点到理想轮廓的垂直距离。该误差不利于数控机床运动精度的保证，因此，研究轮廓误差补偿方法，进而提高数控系统轮廓跟踪精度，对实现高精密数控加工具有重要意义。对于传统直线或圆弧插补器所生成的直线、圆弧轮廓来说，轮廓误差的快速计算和补偿易于实现，但对于现代数控系统中先进的参数曲线插补器所生成的自由曲线轮廓来说，鉴于自由曲线轨迹的复杂性，轮廓误差的实时高精度计算与控制面临着巨大挑战。

为降低参数曲线插补数控加工过程中所产生的轮廓误差，对现有技术文献总结发现，文献“Improving contour accuracy by Fuzzy-logic enhanced cross-coupledprecompensation method”，Chin等，Robotics and Computer-IntegratedManufacturing，2004，20:65-76，该文献提出一种基于模糊逻辑的交叉耦合轮廓误差预补偿方法，然而，该方法利用线性近似法进行轮廓误差估计，当进行高速大曲率曲线轮廓跟踪时，误差估计精度降低，影响补偿效果。文献“A novel contour error estimation forposition loop-based cross-coupled control”，Yang等，IEEE/ASME Transactions onMechatronics，2011，16:643-655，该文献基于密切圆近似的轮廓误差估计方法设计一种位置环交叉耦合控制器，以控制轮廓误差。然而控制器采用固定增益值，难以保证在自由曲线上任意位置均具有较好的补偿控制效果。

发明内容

本发明旨在克服现有技术缺陷，发明一种自适应变增益轮廓误差补偿方法，该方法根据数控参数曲线插补器所生成的自由曲线与实际刀位点之间的几何位置关系，利用切向误差逆推策略快速寻找曲线轮廓上距离实际刀位点最近的垂足点，进而实现轮廓误差矢量的高精度估计；利用估计结果，根据轮廓误差矢量大小以及轮廓误差矢量的方向变化程度自适应计算合理的补偿增益，从而实现轮廓误差的有效补偿。本发明可有效平衡轮廓误差补偿的响应速度和补偿轨迹的平滑性，进而提升数控系统的轮廓跟踪性能。

本发明的技术方案是一种自适应变增益轮廓误差补偿方法，其特性在于，该方法采用切向误差逆推算法估计轮廓误差，根据数控参数曲线插补器所生成的自由曲线与实际刀位点之间的几何位置关系，利用切向误差逆推策略快速寻找曲线轮廓上距离实际刀位点最近的垂足点，进而实现轮廓误差矢量的高精度估计；利用估计结果，根据轮廓误差矢量大小以及轮廓误差矢量的方向变化程度自适应计算合理的补偿增益，从而实现轮廓误差的有效补偿。方法的具体步骤如下：

第一步高精度轮廓误差估计