[发明专利]一种四轴车床加工轨迹轮廓误差离线补偿方法

说明书

本发明一种四轴车床加工轨迹轮廓误差离线补偿方法属于数控机床加工的轮廓误差补偿领域，涉及一种用于提高封闭式闭环四轴数控车床加工精度的加工轨迹轮廓误差离线补偿方法。该方法利用初始车削加工代码生成理论刀位点与理论刀轴矢量，构建四轴车床雅可比矩阵，离线计算进给轴实际速度，从而预估车床进给轴随动误差，计算实际刀位点与实际刀轴矢量。采用三次非均匀有理B样条曲线拟合理论刀位点与刀轴标记点，利用切向误差逆推法预估实际刀位点到理论刀位点拟合曲线的垂足，计算刀位点轮廓误差与刀轴矢量轮廓误差。最后，分别对进给轴随动误差进行预补偿。该方法可实现封闭式闭环四轴数控车床轮廓误差预补偿，实施方法便捷，效果明显。

技术领域

本发明属于数控车床加工轮廓误差补偿领域，涉及一种四轴车床加工轨迹轮廓误差离线补偿方法。

背景技术

具有复杂面形结构的曲面零件在航空航天、能源动力等领域应用越来越广，其加工精度直接影响相关领域高端装备的服役性能。复杂曲面零件往往采用带有旋转轴B轴和C轴的多轴数控车床进行加工，B轴转动使得刀具能实现更加复杂的加工轨迹运动。与车床几何误差、热变形等产生的加工误差相比，车床动态特性对车床加工精度的影响更加显著。由于数控系统的伺服滞后和动态失匹等问题，各进给轴将产生随动误差进而诱发加工轨迹轮廓误差。然而，封闭式数控系统无法修改控制器参数或进行在线补偿，因此，研究封闭式闭环四轴车床加工轨迹轮廓误差的离线补偿方法，对实现复杂曲面类零件的精密加工，推动高端数控装备的发展具有重要意义。

李明等人的专利“新型移动龙门车床中高精度后处理加工误差补偿方法”，专利号CN108445836A，该专利通过后处理插入新的刀位点使得相邻两刀位点误差值小于设定的误差值。然而，该方法未考虑数控车床控制系统动态特性引起的加工轨迹轮廓误差。Yu等人的文献“Profile error compensation in fast tool servo diamond turning ofmicro-structured surfaces”，International Journal of Machine Tools and Manufacture，2012，52(1)：13-23，提出了一种积分滑模控制器对快刀伺服进行动态误差补偿。然而，该方法对系统的动力学模型及参数的精确度要求较高，模型与参数的微小误差会对控制器稳定性产生剧烈影响。

发明内容

本发明针对现有技术缺陷，发明一种四轴车床加工轨迹轮廓误差离线补偿方法。该方法针对四轴车床伺服滞后和动态失匹等问题导致的加工轨迹轮廓误差，利用初始车削加工代码，离线计算车床进给轴实际进给速度与进给轴随动误差，实现加工轨迹轮廓误差的预估及离线补偿，有效提高了复杂曲面零件车削加工轨迹的轮廓精度。

本发明的技术方案是一种四轴车床加工轨迹轮廓误差离线补偿方法，其特性在于，该方法通过建立四轴车床运动学模型，将初始车削加工代码转化为理论刀位点坐标与理论刀轴矢量，预估刀具实际运动速度，计算车床雅可比矩阵，预估车床进给轴实际速度，从而计算出车床进给轴随动误差，采用三次非均匀有理B样条曲线分别拟合理论刀位点与理论刀轴标记点，采用切向误差逆推法预估实际刀位点到理论刀位点拟合曲线的垂足，进而计算刀位点轮廓误差与刀轴矢量轮廓误差，最后，分别对四轴车床进给轴随动误差进行预补偿。方法的具体步骤如下：

步骤1建立车床运动学模型，生成理论刀位点与理论刀轴矢量