[发明专利]一种五轴球头铣削几何误差补偿方法

说明书

本发明公开了一种五轴球头铣削几何误差补偿方法，属于机床误差补偿领域。包括：考虑五轴数控机床结构参数，建立五轴数控机床正向运动学方程和后处理程序；根据工件加工代码，结合正向运动学方程，得到工件理想刀具位姿文件；建立球头铣刀刀具位姿与代表工件纹理的刀触点之间的转换关系；根据指数积理论，建立五轴球头铣削综合几何误差解析模型；建立五轴球头铣削几何误差补偿中刀触点保障措施；应用群体智能优化算法得到补偿的旋转轴角度；计算补偿的旋转轴角度的平动轴运动量；读取工件理想刀具位姿文件，计算补偿加工代码。该发明在补偿几何误差的同时保证工件纹理质量，可进一步提高五轴机床加工精度和工件表面质量。

技术领域

本发明涉及数控加工误差补偿领域，尤其涉及铣削加工几何误差补偿技术。

背景技术

五轴铣削在复杂曲面加工制造方面具有独特优势，已经广泛用于航天、航空、航海、汽车、国防等各个领域内复杂零部件的加工。五轴铣削高精度制造也成为衡量一个国家先进制造水平的重要标志之一。五轴铣削的加工精度受很多因素影响，其中几何误差和热误差是主要误差源之一，占总制造误差的60％左右。由于几何误差具有系统性高、重复性好、长时间内稳定和易测量的特点，几何误差补偿成为提高五轴铣削精度的一种经济有效的重要手段。

现有的几何误差补偿技术通过不同手段调整刀具位姿使得机床几何误差影响下的实际刀具位姿尽可能接近于设计的刀具位姿，从而提高五轴加工精度。很多误差补偿技术在理论及仿真验证阶段效果很明显，但是由于忽略了实际铣削中刀具切削机理，实际加工效果远远小于预期。理论上，误差补偿应首先保证曲面原始刀触点轨迹不变，需要在刀具位姿调整时必须以原始刀触点作为旋转支点。

曲面纹理形貌是衡量工件表面质量的重要指标之一。曲面纹理直接影响到工件的物理性能、机械性能以及使用寿命等，如零件结合部的接触状态、摩擦表面的磨损、润滑状态、振动、噪声、密封、涂层质量、抗腐蚀性、导电性、导热性和反射性。在误差补偿过程中，不加约束地随意调整加工代码或刀具位姿可能引发曲面加工纹理的不规则改变也可能会造成旋转轴的大角度变化，使得实际切削时刀具在工件表面留下坑洼痕迹。目前对五轴铣削误差补偿中因修正运动轴运动量而造成曲面纹理改变的研究很少，也缺乏相应的应对措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种五轴球头铣削几何误差补偿方法，它能有效地解决从代表工件

纹理的刀触轨迹出发，实现工件纹理约束的补偿几何误差的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种五轴球头铣削几何误差补偿方法，包括如下步骤：

步骤1、考虑五轴数控机床结构参数，建立五轴数控机床正向运动学方程和后处理程序；

步骤2、根据工件加工代码，结合五轴数控机床正向运动学方程，得到工件理想刀具位姿文件；

步骤3、结合工件坐标系下刀具姿态角，建立球头铣刀刀具位姿与代表工件纹理的刀触点之间的转换关系；

步骤4、根据指数积理论，引入理想刀具位姿，建立五轴球头铣削综合几何误差解析模型；

步骤5、根据球头铣刀刀具位姿与代表工件纹理的刀触点之间的转换关系和五轴数控机床正向运动学，建立五轴球头铣削几何误差补偿中刀触点保障措施；

步骤6、应用群体智能优化算法，建立五轴球头铣削几何误差补偿的适应度函数、群体初始化策略，得到补偿的旋转轴角度；

步骤7、根据刀触点保障措施，计算补偿的旋转轴角度的平动轴运动量，得到补偿加工代码；

步骤8、读取工件理想刀具位姿文件，根据步骤4到步骤7计算每个刀具位姿的补偿加工代码。