[发明专利]面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法

说明书

本发明公开了面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法，包括以下步骤：1）建立空间定位误差模型；（2）形成包含旋转轴12项几何误差向量的误差数据库；3）构建数控系统旋转轴空间定位误差补偿表；4）建立补偿数据优化模型；5）完成补偿数据的迭代优化，实现对修正系数的优化选择；6）完成对五轴数控机床旋转轴几何误差的补偿；7）更新几何误差修正数据至误差数据库，检测旋转轴联动轨迹，设置联动轨迹定位误差阈值，循环实施检测、优化、补偿三步操作，实现精度保障。本发明的优化补偿方法，可高效便捷的完成机床空间定位误差补偿值的迭代，其自动化程度高，优化补偿的适应性好，为机床加工精度提供技术支持。

技术领域

本发明涉及五轴数控机床精度补偿领域，具体涉及一种面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法。

背景技术

五轴数控机床是加工大型复杂曲面零件的核心装备，其加工精度的高低直接决定了被加工零件的优劣。由于五轴数控机床比三轴机床多了两个旋转轴，旋转轴的加入带来了加工优势，也带来了更多的几何误差源，使得五轴数控机床加工精度难以得到有效保障。因此，如何提升五轴数控机床的加工精度成为了国内外研究学者的研究重点。

目前，国产五轴数控机床在平动轴精度保障方面已经可以和欧美国家相媲美，但旋转轴的精度保障存在较大差距，可以说五轴数控机床的加工精度提升重点在于旋转轴的空间精度提升。专利201410352916对转台型的旋转轴进行了12项几何误差建模和辨识，随后利用几何误差补偿值修正数控指令达到了补偿效果，但该补偿方法存在两个不足：1、辨识出的旋转轴几何误差，其数值中仍存在操作误差、辨识误差，不能直接用于几何误差的补偿；2、修正数控指令的方式，虽然效果较好但不适合大型复杂零件，是因为大型复杂零件数控指令行数均以十万行起计，修改指令的方法效率太低。专利201610045130.6基于RTCP运动控制功能完成了对CA双摆头机床的旋转轴12项几何误差辨识，由于增加了检测工装，所以该方法辨识出的几何误差也会受辨识精度、工装误差等的影响，使得辨识出的几何误差均无法直接用于旋转轴空间精度的补偿。综上所述，现有方法中提出的旋转轴几何误差辨识及补偿均存在一定的局限性，亟待一种适应性更强的旋转轴空间定位精度提升方法。

发明内容

为克服现有方法存在的局限性，本发明基于旋转轴几何误差的辨识结果，并结合旋转轴空间定位误差数学模型和带精英策略的非支配排序遗传优化算法（NSGAII算法），提出了一种五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法，实现了五轴数控机床旋转轴空间精度的快速补偿，实施效果良好。

本发明通过下述技术方案实现：面向五轴数控机床旋转轴空间定位误差快速优化补偿方法，包括以下步骤

步骤1、基于旋转轴几何误差建立五轴数控机床旋转轴空间定位误差模型；

步骤2、基于仪器检测数据完成对旋转轴12项几何误差的辨识，形成包含旋转轴12项几何误差向量的误差数据库；

步骤3、分解旋转轴空间定位误差为线性相关和非线性相关，结合数控系统垂度误差补偿功能，构建数控系统旋转轴空间定位误差补偿表；

步骤4、对步骤2得到的几何误差向量数据库添加修正系数k、d，并与旋转轴联动轨迹定位误差模型关联，建立数控机床空间定位误差的补偿数据优化模型；

步骤5、基于NSGAII算法对由修正系数k、d组成的向量K、D进行补偿质量控制，完成补偿数据的迭代优化，实现对修正系数的优化选择；

步骤6、以步骤5得到的修正系数向量和旋转轴几何误差数据库，生成数控系统空间定位误差补偿文件，完成对五轴数控机床旋转轴几何误差的补偿；