[发明专利]一种五轴机床几何误差补偿的刀具姿态优化方法

说明书

本发明提供了一种五轴机床几何误差补偿的刀具姿态优化方法：建立刀具姿态的角度坐标表示形式；建立刀具姿态的角度坐标与刀具姿态向量转换关系；建立五轴机床刀具位置几何误差模型；获取刀位点信息，并设i初始值为1；应用鸡群优化算法对第i个刀位点的刀具姿态进行优化，获得第i个刀位点的刀具姿态的最优角度坐标；得到第i个刀位点的最优刀具姿态，根据五轴机床后处理程序得到第i个刀位点的补偿加工代码；i增加1，判断i的值是否大于刀位点数目n，若是，则输出补偿加工代码作为几何误差补偿结果。本发明能有效地解决从代表工件纹理的刀触轨迹出发，实现工件纹理约束的补偿几何误差的问题。

技术领域

本发明属于数控加工误差补偿技术领域，尤其涉及一种五轴机床几何误差补偿的刀具姿态优化方法。

背景技术

五轴机床广泛用于航天、航空、航海、汽车、国防等各个领域，五轴机床加工成为衡量一个国家先进制造水平的重要标志之一。几何误差和热误差是影响五轴机床加工精度的主要误差源之一，占总制造误差的60％左右，几何误差具有系统性高、重复性好、长时间内稳定和易测量的特点，使得几何误差补偿成为提高五轴机床精度的一种重要手段。

现有主要几何误差补偿方法可分为三种。最简单的方法是从机床理想加工代码中减去综合误差相应的代码分量，并结合迭代计算保证补偿效果，机床雅克比矩阵是计算加工代码修正量的第二种手段，最理想的补偿方法是考虑机床误差之间的耦合作用对各个运动轴误差进行解耦补偿。大多补偿方法通过加工代码调整或刀位修正针对各个刀位点调整几何误差影响下的实际刀具位姿，忽略了曲面刀触点的限制以及工件和刀路的整体补偿效果。理论上，误差补偿应首先保证曲面原始刀触点轨迹不变，需要在刀具位姿调整时必须以原始刀触点作为旋转支点，从而不影响曲面纹理质量。但是由于五轴机床几何误差补偿输入为加工代码，无法获得刀触点信息，那么最直接的办法保证误差补偿中刀具位置不变只优化刀具姿态，目前相关研究还比较少。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种五轴机床几何误差补偿的刀具姿态优化方法，能有效地解决从代表工件纹理的刀触轨迹出发，实现工件纹理约束的补偿几何误差的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种五轴机床几何误差补偿的刀具姿态优化方法，包括以下步骤：

S1、构建刀具姿态的角度坐标表示形式其中，θ表示相对于参考刀具姿态向量的倾斜角，表示相对于参考刀具姿态向量的旋转角；

S2、构建刀具姿态的角度坐标与刀具姿态向量的转换关系；

S3、根据五轴机床结构构建五轴机床刀具位置的几何误差模型；

S4、读取加工工件的刀位文件，获取刀位点信息，并设刀位点的个数i初始值为1，其中，i表示刀位点的个数；

S5、根据所述几何误差模型，利用鸡群优化算法对第i个刀位点的刀具姿态进行优化处理，得到第i个刀位点的刀具姿态的最优角度坐标；

S6、根据所述转换关系和第i个刀位点的刀具姿态的最优角度坐标，得到第i个刀位点的最优刀具姿态，并结合第i个刀位点的刀具位置，根据五轴机床后处理程序得到第i个刀位点的补偿加工代码；

S7、令i＝i+1，判断i的值是否大于刀位点数目n，若是，则完成对刀具姿态的优化处理，并输出所述补偿加工代码作为几何误差补偿结果，并输出所述补偿加工代码作为几何误差补偿结果，从而完成对刀具姿态的优化，否则，返回步骤S5。

进一步地，所述步骤S1包括以下步骤：

S101、生成垂直于参考刀具姿态向量T₀的单位向量T₁；

S102、计算得到同时垂直于参考刀具姿态向量T₀和单位向量T₁的单位向量T₂；