[发明专利]一种基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法

说明书

本发明提供一种基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法。所述基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法包括以下步骤：S1：建立工艺系统方程和检测方程；S2：运用卡尔曼滤波算法对在线检测系统的检测向量去噪处理；用时间序列分析方法建立加工状态模型，把加工过程看成是一个随机动态过程；由于误差检测系统所测得的误差信号，其中必然包含着某些频率的噪声干扰信号，运用卡尔曼滤波算法剔除在线检测系统的噪声，获得加工误差的最优估计值；数控机床根据加工误差最优估计值做补偿运动，避免由于在线检测系统检测向量波动引起的加工误差，提高加工精度。

技术领域

本发明涉及机械制造技术领域，尤其涉及一种基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法。

背景技术

精密和超精密加工是机械制造中的重要领域，对尖端技术和国防工业的发展具有重要影响。精密机床都装有在线检测系统，检测机床运动部件的位移位置，并有精密反馈闭环控制系统，以保证加工的尺寸精度。然而加工过程的热变形、切削液和削屑引起的震动以及传感器的安置、传感器的性能等会影响到检测系统的精度，使检测向量出现偏差从而影响到加工精度。

因此，有必要提供一种新的基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法解决上述技术问题。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种具有精度高、实用性强的基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于卡尔曼滤波算法的精密数控加工方法包括以下步骤：

S1：建立工艺系统方程和检测方程；

S2：卡尔曼滤波算法对在线检测系统的检测向量去噪处理；

S3：闭环系统根据去噪后的检测向量做补偿运动。

优选的，所述步骤S1中建立工艺系统方程和检测方程包括以下步骤：

S101：分析工艺系统误差规律，结合刀具路径，建立工艺系统方程；分析在线检测系统的误差规律，建立检测方程；

S102：输入加工程序，装夹毛坯，对刀，设定初值k＝1，开始加工；

S103：第k个时刻，在线检测装置检测加工状态，获得加工状态检测向量。

优选的，所述步骤S2中卡尔曼滤波算法对在线检测系统的检测向量去噪处理包括以下步骤：

S201：应用卡尔曼滤波算法，对加工状态检测向量进行去噪处理。

优选的，所述步骤S3补偿运动后进入步骤S4：

S4：是否加工结束；

当步骤S4的判断结果为No，所述预设值k＝k+1，返回步骤S103；

当步骤S4的判断结果为Yes，进入步骤S5：

S5：加工结束。

优选的，所述步骤S101中的分析工艺系统误差规律，结合刀具路径，建立工艺系统方程；分析在线检测系统的误差规律，建立检测方程包括以下步骤：

反复检测误差出现的状况，分析其数值和方向，寻找其规律，找出影响误差的主要因素，确定误差项目，分析获得误差的期望值和方差，加工误差一般包括：原理误差、装夹误差、工艺系统精度、刀具磨损等；

根据加工过程刀具路径和误差规律建立工艺系统方程，M_k为第k时刻的工艺系统状态向量：

系统噪声服从高斯分布：

w_k～N(0，R)；