[发明专利]基于直线段逼近节点的数控系统轮廓误差控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种误差补偿控制方法，特别是涉及一种基于直线段逼近节点的数控系统轮廓误差补偿控制方法。

背景技术

在制造业中，许多零件的轮廓形状较复杂，轮廓曲线包括解析曲线、分段曲线、列表曲线等。对于这些复杂零件的加工，往往先用直线段逼近复杂的刀心轨迹指令曲线，再用多轴数控机床加工。对多轴数控机床而言，轮廓精度是决定其加工精度的最重要因素。轮廓精度的提高涉及到机床各进给轴动态特性是否匹配，是各坐标轴单轴位置精度和多轴联动精度的综合。由于数控机床伺服驱动比较复杂，且涉及机械、电气、控制及在运动过程中各种参数的变化，所以各轴之间实际动态性能不匹配具有一定的普遍性，这直接影响了轮廓精度的提高。相对于先进的单轴伺服控制器，对轮廓误差计算并直接补偿的方法，是提高系统轮廓精度的更有效途径。

对现有的技术文献检索发现，耿丽荣等在学术期刊《制造技术与机床》(2004，6：P22-25)上发表的论文“基于时间序列预测技术的数控机床轮廓误差实时补偿方法研究”中，针对平面和空间曲线，将当前实际刀位点到本采样周期和上个采样周期，两插补指令点间直线段的距离作为本采样周期的轮廓误差；Syh-Shiuh Yeh等在学术期刊《IEEE TRANSACTIONS ON CONTROL SYSTEMS TECHNOLOGY》(2003，11(3)：P375-382)上发表的论文“Analysis and Design of Integrated Control for Multi-Axis Motion Systems”中，将某采样周期刀具实际位置到指令曲线上理想插补点处切线的距离近似为轮廓误差，称为轮廓误差“切线近似法”，这种近似方法适合轮廓曲线曲率较小的场合。上述方法较简单，但由于惯性、摩擦力等原因，实际数控机床各进给轴运动存在滞后现象，且滞后程度很难准确预测，因此上述轮廓误差计算方法不足之处是计算不稳定，当伺服滞后超过一个采样周期时，计算误差较大，计算误差不易控制。

Myung-Hoon LEE等在学术期刊《JSME International Journal》(2004，47(1)：P144-149)上发表的论文“A multi-axis contour error controller for free form curves”中，除了对X轴、Y轴、Z轴分别设计PID位置控制器外，对于近似计算得到的轮廓误差，另外设计一套PID轮廓误差控制器，计算较繁锁，限制了数控系统的实时性。

综上所述，在复杂零件数控插补加工中，如何在每个采样周期高精度的计算轮廓误差，并对各进给轴伺服电机进行有效补偿控制以提高轮廓精度，已成为本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种能克服现有技术的不足、计算误差稳定、计算精度高、实时性好的数控系统轮廓误差控制方法。其技术方案为：

采用以下步骤：1)轮廓误差计算，2)轮廓误差补偿，其特征在于：步骤1)中，用直线段按等误差法逼近加工零件刀心轨迹指令曲线后，在零件数控直线插补加工的每个采样周期，根据当前实际刀位点和用直线段逼近刀心轨迹指令曲线时的逼近节点，计算当前实际刀位点到刀心轨迹指令曲线的最短距离，即轮廓误差；步骤2)中，将计算得到的轮廓误差与当前采样周期的跟随误差相叠加，将叠加结果送到数控系统PID位置控制器中计算位置控制量，并输出到伺服执行机构，实现轮廓误差补偿。

所述的基于直线段逼近节点的数控系统轮廓误差控制方法，在步骤1)中，用直线段按等误差法逼近加工零件刀心轨迹指令曲线时，逼近误差取零件最终允许公差的在每个采样周期，先找到刀心轨迹指令曲线上距当前实际刀位点R最近的三个逼近节点A、B、C，求出实际刀位点R到直线段AB、BC的距离|RM|、|RN|，如果|RM|≤|RN|，令轮廓误差ε≈RM；如果|RM|＞|RN|，令轮廓误差ε≈RN。