[发明专利]双转台五轴联动数控加工旋转刀具中心点补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于五轴联动数控系统的RTCP技术领域，具体涉及一种双转台五轴联动数控加工旋转刀具中心点补偿方法。

背景技术

五轴数控机床主要应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，成本较高，以往主要用于航空工业及军事部门。近年来，随着微电子技术、控制技术的迅猛发展，五轴数控机床的成本不断降低，可靠性和功能不断增强，它的应用范围不断扩大，开始从航空、军事等特殊领域向汽车、模具制造等领域扩展。

五坐标机床在三个平动轴基础上增加了两个转动轴，不仅可使刀具相对于工件的位置任意可控，而且刀具轴线相对于工件的方向也在一定范围内任意可控，这两个旋转轴提供了更大的加工灵活性，使得之前难以实现的复杂自由曲面的加工成为可能，可有效避免刀具干涉，实现大型与异型复杂零件的高效高质量加工，加工适应性广。五轴加工时，刀具相对于工件表面可处于最有效的切削状态，利于提高加工效率。

目前，在五轴联动数控装备加工过程中，复杂曲面的工件加工轨迹由微小线段插补实现离散逼近，因此，前置处理程序生成理论上只有当刀位点在各离散段内的运动轨迹为直线时才能保证编程时的精度要求。在复杂空间曲面的加工过程中，由于旋转轴的影响，五轴联动各个线性进给轴运动合成的实际运动轨迹在某些离散时间段内可能会偏离编程轨迹，造成非线性运动误差。因此，需要研究非线性误差补偿方法，以提高加工精度。

目前一般采用的解决方法是在后置处理时根据具体的机床结构对其进行检验校核，若误差超出允许范围，则作出相应的修正处理。非线性误差校验要求知道刀具长度，要想在后置处理时执行此功能，就必须保证刀具长度与书写程序时考虑的数值完全一致，任何修改都只能重写程序。然而，在实际加工时，刀具的更换和磨损都必然会改变刀具长度，反复重写程序将使加工效率大大降低。抑制非线性误差主要方法是在加工前编程时进行特殊处理，该方法不能保证插补点始终位于编程轨迹上，该方法需要考虑机床结构，还要求刀具长度与书写程序时数值完全相同，刀具的磨损必然导致的刀具长度变化，需要程序重写，系统效率会大幅降低。在数控系统中直接实现旋转刀具中心点补偿功能(RTCP)，是抑制非线性误差理想的方法。

针对RTCP模块方法，现有技术中已有一些文献对旋转刀具中心点补偿(RTCP)的方法进行了研究，如赵薇等在《小型微型计算机系统》2008，29(005)：980-984的名为《通用RTCP算法的研究与设计》、梁全等在《工业与装备》2008，2：62-65名为《五轴数控系统RTCP和RPCP技术应用》、樊曙天等在《制造技术与机床》2009(12)，74-77名为《双转台五坐标机床RTCP功能的研究》。这些文献并未提出系统的技术思路。另外，孙振东等在《沈阳工程学院学报》2009年10月在第5卷第4期发表了名为《五坐标数控加工的非线性误差分析》的文章，该文章主要针对五轴数控系统加工过程出的非线性误差做了详细研究，未提出利用RTCP方法解决这一问题的技术思路。本发明为此而来。

发明内容

本发明目的在于提供一种双转台五轴联动数控加工旋转刀具中心点补偿方法，解决了现有技术中非线性运动误差难以修正或修正处理方法不能通用等问题。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

一种双转台五轴联动数控加工旋转刀具中心点补偿方法，其特征在于所述方法包括当双转台五轴联动数控系统进行空间复杂曲面加工时的刀位轨迹为直线时，通过直线插补进行离散逼近刀具中心点运动轨迹，并启动RTCP模块，所述RTCP模块通过先获得法平面补偿向量再进行投影获得中心点补偿向量和输出位移量，通过输入数轴中心距参数，实现双转台五轴联动数控系统加工中非线性运动误差的补偿。

优选的，所述方法中RTCP模块通过以下步骤获得中心点补偿向量和输出位移量：

i)将旋转轴运动时的旋转空间曲线投影至由任意两条线性运动轴确定的法平面，根据刀具中心点的初始位置信息和运动后刀具中心点位置信息得到法平面的线性运动补偿向量；

ii)将获得的线性运动补偿向量做空间投影得到五轴联动数控加工旋转刀具的中心点补偿向量。

优选的，所述方法具体按照如下步骤进行：