[发明专利]一种基于分数阶的数控加工尺寸误差自动补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种误差补偿方法，特别是涉及一种基于分数阶的数控加工尺寸误差自动补偿方法。

背景技术

加工精度是数控加工最重要技术指标之一，提高加工精度的方法主要有：误差预防法和误差补偿法。误差预防法是通过设计和制造途径消除或减少可能的误差源，靠提高机床制造精度来满足加工精度要求。在很多应用场合中，机床精度的物理限制并不能单纯地通过设计和制造克服。而且，超过一定精度之后，试图通过调整机床结构达到更高精度的经济代价是很高的。误差补偿法是一种软件技术，人为产生一种补偿量去抵消当前称为问题的原始误差，是一种既有效又经济的提高机床加工精度的手段，已成为现代精密数控加工的重要技术支柱之一。

数控加工过程中影响工件尺寸精度的因素有很多，其中包括数控机床本身制造及装配缺陷、机床温度变化引起的热变形、机床切削力引起的力变形、刀具磨损引起的刀具尺寸误差、机床轴伺服系统特性等等。已有的数控加工尺寸误差补偿研究中，主要有两种途径：一是针对造成误差的某个或某几个因素检测、建模、预测误差，在线或离线实施补偿。然而，这种方式只针对特定数控加工环境，模型缺少灵活性，不能涵盖所有造成误差的因素，而且检测繁琐，计算量较大，不易推广；二是定期线性补偿，根据加工工艺和设备情况，确定一个每加工一定时间后需实施的补偿量。由于实际加工出的尺寸误差呈现非线性特点，所以这种方式不能补偿由于偶然因素引起的尺寸误差，对引起尺寸误差的非线性因素不能有效抑制。可见，现有的误差补偿技术存在不完善之处，影响了其在实际加工中的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种误差自动补偿方法，综合考虑数控加工系统内各种因素对数控加工精度的影响，不再对误差源进行检测、建模，而是从已造成误差的结果出发，通过对加工误差的测量、误差分析、辨识系统阶数，采用适当的迭代学习律计算下一个工件加工前需要施加的误差补偿量，进而对下一个工件的加工进行误差补偿。这种方法基于分数阶迭代学习思想，利用实测工件尺寸数据辨识系统阶数，采用适当迭代学习律，自动给出误差补偿量，提高数控加工精度稳定性，降低废品率。

为解决上述技术问题，本发明提供的基于分数阶的数控加工尺寸误差补偿方法，主要通过如下步骤实现：

步骤1：通过多次加工，对加工后的工件尺寸进行离线测量，获取实际加工尺寸数据；

步骤2：通过对比期望尺寸数据和实测尺寸数据大小，求解尺寸误差，分析误差，辨识系统阶数；

步骤3：根据步骤2中确定的系统阶数及上个工件产生的尺寸误差，采用适当的迭代学习律计算下一个工件加工前需要施加的误差补偿量；

步骤4：在下一个工件加工前用误差补偿量修正工件的数控加工程序，采用修正后数控加工程序，进行下一个工件的数控加工。

步骤1所述实际加工时，可设定不同的期望尺寸，进行多组加工；对工件对边尺寸进行测量，获得多组实测尺寸数据；经公式（a）计算出此组数据的尺寸误差值，观察尺寸误差的变化趋势；几组尺寸误差的变化趋势从整体上是非线性非单调增大的；

e＝Dime-D       （a）

式中：e——尺寸误差

Dime——期望尺寸

D——实测尺寸

每个设定的期望尺寸下进行m个工件的加工，得到m个实测尺寸和尺寸误差；m个工件尺寸误差的算术平均值作为平均误差，以此作为系统阶数辨识的参数，如公式（b）所示：

E(e)=1mΣi=1mei---(b)]]>

式中：E(e)——m个工件的平均误差

m——一组实测工件的个数

e_i——第i个工件的尺寸误差