[发明专利]一种面向多轴数控加工的轮廓误差估计与可视化方法

说明书

本发明公开一种面向多轴数控加工的轮廓误差估计与可视化方法，包括轮廓误差估计方法与轮廓误差可视化方法两个部分：轮廓误差估计方法由基于三维线性样条插值的轮廓误差估计与基于刀具曲面的轮廓误差正负判别组成，轮廓误差可视化方法将轮廓误差与另一参数关联作出可视化图，包括行程标定的轮廓误差曲线、轮廓误差误差倍乘放大图和轮廓误差色谱展示图，能够有效地展示实际轨迹的相对空间位置实际轨迹相对于理想曲面的位置，利用三种图直观地展示了轮廓误差，提供了轮廓误差估计方法与轮廓误差可视化方法，将机床理想轨迹与实际轨迹测量数据转化为全面展示轮廓误差各项信息、具有良好可读性的轮廓误差展示图像，直观、清楚，便于分析。

技术领域

本发明属于多轴数控加工精度技术领域，具体而言，涉及一种面向多轴数控加工的轮廓误差估计与可视化方法。

背景技术

多轴数控加工，是指能同时控制多个运动轴进行联动加工，以获得各种复杂的曲面，是现代机械制造技术的核心组成部分。在多轴数控加工中，各个轴的伺服控制系统难以同步，是造成加工轮廓不准确的主要原因之一。轮廓误差，通常定义为加工过程中实际加工的轨迹到理想加工的轨迹的最短距离，能够有效反映各轴伺服控制系统的匹配程度。因此，对多轴数控加工中的轮廓误差进行估计和展示，对于数控加工精度的保障与改进具有重要意义。

目前国内外针对多轴加工误差估计[(a)王广炎,张润孝,帅梅,等.数控机床的轮廓误差的控制.机床与液压,1999(6):59-61.(b)Cheng M Y,Lee C C.Motion ControllerDesign for Contour-Following Tasks Based on Real-Time Contour ErrorEstimation.IEEE Transactions on Industrial Electronics,2007,54(3):1686-1695.]的研究较多，由实际进给速度和期望进给速度矢量的均值确定一方向矢量，以实际位置点到目标点处沿该方向直线的距离作为轮廓误差的估计值；根据当前进给速度估计实际位置点在轮廓曲线上的投影点，并以当前位置点到该投影点和目标点的连线的距离作为轮廓误差的估计值。目前关于轮廓误差估计的研究大多针对平面轮廓误差，而多轴数控加工通常需要考虑三维空间中的轮廓误差。此外，目前的轮廓误差估计方法计算得到的轮廓误差通常为绝对值，无法反应实际轨迹与理想轨迹的空间位置关系。

对于轮廓误差的展示方法，相关的研究较少，目前没有统一的标准，比较常用的方式是分别通过整体轮廓的局部放大显示和以时间标定的轮廓误差曲线来展示轮廓误差的各项信息。然而，该种展示方法存在以下两方面的问题：在高速加工、指令转角较大或过渡不平滑的情况下，由于速度波动较大，以时间作为横坐标的轮廓误差曲线对于轮廓误差信息的展示不全面、不直观，与实际轮廓的位置无法形成对应关系，方法的各部分之间缺乏关联性与逻辑性；局部放大的轮廓展示只能在非常局部的范围内显示误差状况，既难以观察整体的的轮廓误差状况，也不方便对于补偿或改进前后的轮廓进行比较并衡量其轮廓误差的改善效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向多轴数控加工的轮廓误差估计与可视化方法，其能够针对多轴数控加工，加入三维空间的轮廓误差进行精确计算，同时通过轮廓误差的正负符号反应刀具的实际轨迹和理想轨迹之间的空间位置关系，直观显示轮廓误差。

本发明的实施例是这样实现的：

一种面向多轴数控加工的轮廓误差估计与可视化方法，其包括轮廓误差估计方法，包括以下步骤：

S1、判断刀具的空间轨迹，若为线性轨迹则执行S2，若为曲线轨迹则执行S3；

S2、计算刀尖点的实际直线位置到理想直线位置的距离，计算结果为轮廓误差，执行S4；

S3、使用线性样条插值方法将曲线轨迹插值为直线段，通过理想曲线上位置相近的两点坐标计算直线，轮廓误差近似取值为刀尖点到直线段的距离，返回S2计算轮廓误差；