[发明专利]一种基于插补数据的多轴加工轮廓误差预补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于插补数据的多轴加工轮廓误差预补偿方法，属于数控机床加工优化领域，包括：将工件G代码输入数控系统后，进行如下迭代过程：使数控系统空载运行，对于多轴加工，则在插补过程中同步确定各指令插补点处的旋转轴角度，运行完成后，计算各实际插补点处的轮廓误差矢量，若满足精度要求，则预补偿结束，否则，基于轮廓误差矢量对指令插补点进行修正；对于每一个G代码段，对其中所有修正后的指令插补点进行样条拟合，得到对应的样条曲线，拟合过程中，维持G代码段端点对应的旋转轴角度不变；将各样条曲线以及刀位点对应旋转轴角度作为数控系统新的输入，开始下一轮迭代。本发明能够简化轮廓误差补偿过程，并提高补偿精度。

技术领域

本发明属于数控机床加工优化领域，更具体地，涉及一种基于插补数据的多轴加工轮廓误差预补偿方法。

背景技术

数控加工过程中，由于各个加工环节中都存在误差，比如刀具过切或干涉等，致使最后加工出的工件产生轮廓误差，几何精度降低。

目前，多种误差补偿技术在机床加工领域得到应用。传统方法是在工件加工后，利用三坐标测量仪对工件尺寸精度进行测量以得到误差数据，并利用误差数据对加工程序进行调整。这种方法操作复杂，自动化程度低，受人员操作水平等外在因素影响较大。也有许多新颖的自动化高效的轮廓误差补偿与修正方法。

中国发明专利CN110032142A公开了一种基于数控加工路径最小化修正的轮廓误差预补偿方法，其补偿原理是：基于伺服系统对输入信号的误差响应，建立机床进给系统随动误差与刀位指令序列的时域解析关系，从而预估机床实际刀位点；然后以刀位点补偿量最小为优化目标建立带约束的二次规划模型，通过求解方程组得到最优的补偿量值。

中国发明专利CN107479497B公开了一种五轴加工轨迹轮廓误差双闭环补偿方法，其补偿原理是：基于模型预测和反馈校正，预估下一时刻各物理轴运动位置，通过切向逆推及牛顿法计算下一时刻及当前时刻刀尖点及刀轴方向轮廓误差。

中国发明专利CN109960215A公开了一种四轴车床加工轨迹轮廓误差离线补偿方法，其补偿原理是：利用理论刀位点和理论刀轴矢量，构建雅各比矩阵，离线计算进给轴实际速度，从而预估车床进给轴随动误差，计算实际刀位点和刀轴矢量。再采用B样条进行拟合，计算出刀位点轮廓误差与刀轴矢量轮廓误差，最后分别对进给轴随动误差进行预补偿。

上述各种轮廓误差补偿方法，都需要建立复杂的预测模型来对整个伺服控制系统进行数据采集与分析，而且实际加工位置主要依赖于前向数据或理论位置进行预估。这些特点都会使得轮廓误差的补偿过程变得异常复杂，且补偿精度随预估方法的不同而波动。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于插补数据的多轴加工轮廓误差预补偿方法，其目的在于，简化对多轴加工轮廓误差的补偿过程，提高对轮廓精度误差的补偿精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于插补数据多轴加工轮廓误差预补偿方法，包括如下步骤：

(S1)将工件G代码作为数控系统的输入；

(S2)使数控系统在非加工状态下空载运行，对于多轴加工，则在插补过程中，根据指令插补点相互位置，同步确定各指令插补点处的旋转轴角度，运行完成后，获取数控系统反馈的实际插补数据，以计算每一个实际插补点处的轮廓误差矢量，若轮廓误差满足预设的精度要求，则转入步骤(S6)；若不满足，则转入步骤(S3)；

(S3)基于所计算的轮廓误差矢量对指令插补点进行修正，以减小实际插补点与理论加工轨迹之间的误差；

(S4)对于每一个G代码段，获得属于G代码段的修正后的指令插补点，并对所获得的指令插补点进行样条拟合，得到用于描述G代码段的刀尖点加工轨迹的样条曲线，拟合过程中，维持G代码段端点对应的旋转轴角度不变；