[发明专利]一种基于八参数五轴线性插补的非线性误差控制方法

说明书

本发明公开了一种基于八参数五轴线性插补的非线性误差控制方法，用以解决五轴线性插补时刀触点线性轨迹的非线性误差的控制问题。该方法根据刀具摆动引起刀触点线性轨迹非线性误差的产生机理并结合五轴机床运动坐标变换原理建立了刀触点线性轨迹非线性误差的数学模型。在进行八参数五轴线性插补时，计算出当前插补周期的插补刀心点和与之对应的插补刀触点，分别计算出插补刀心点与刀触点线性轨迹间的垂足位置坐标、插补刀触点与刀触点线性轨迹间的空间距离，以此确定出非线性误差补偿修复矢量，最后计算并输出新的插补刀心点位置坐标完成一个插补周期对刀触点非线性误差的控制。本发明对提高五轴线性插补刀触点线性轨迹的控制精度具有实用价值。

技术领域

本发明涉及计算机数字控制(CNC)技术领域，特别涉及该领域中五轴线性插补时由于刀具摆动产生刀触点线性轨迹的非线性误差的控制技术方面。

背景技术

相对于三轴数控机床，五轴数控机床在三个平动轴的基础上增加了两个旋转轴，加工过程中可有效避免刀具干涉与碰撞等问题，并能获得更好的零件表面加工精度，尤其在加工复杂自由曲面时更具有优势。另一方面，线性插补作为数控系统最基本的轨迹控制方法，可在三轴加工中获得较好的加工结果。与之不同的是，五轴加工时由于两个旋转轴将与三个平动轴共同实现线性轨迹的运动合成，刀具摆动后将在空间中产生复杂的轨迹曲线，所获得的刀触点路径也将会偏离预先设定的刀触点线性轨迹，从而产生刀触点路径非线性误差。如何有效控制刀具摆动引起的非线性误差已成为五轴CNC加工中的难点问题之一。

近年来，国内外学者针对五轴数控加工非线性误差的降低提出了相应的方法。有的方法首先分析由离散线性运动逼近理想刀具轨迹所引起的理论加工误差，然后给出满足精度要求的走刀步长估计算法，进而控制加工误差。有的方法是在轨迹插补之后，对实时插补中相邻插补点之间的非线性误差进行控制，并通过约束进给速度对非线性误差进行控制。也有方法是通过控制刀轴矢量插补保证刀轴矢量始终位于首末向量所决定的平面来减小非线性误差。他们对刀轴矢量之间进行平滑过渡，以避免局部角度变化较大引起的刀具摆动误差，从而减小由摆动角度引起的非线性误差。还有通过对刀具路径和对数据密化的方法来减少非线性误差。但是综合来看：以上方法仅对刀心点位置处的非线性误差的控制和降低能起到较好作用，但仍然存在如下几个方面的问题：1)对数据进行密化的同时，会导致数控加工程序的数量增多，CNC数控系统的精度和数控机床的精度都会受到影响；2)在加工过程中可能出现不能将刀轴矢量严格控制在理想加工平面内的情形；3)仍然不能有效地控制和降低刀触点线性轨迹的非线性误差。

发明内容

为解决以上现有五轴线性插补过程中非线性误差控制方法在数据密化引起加工程序量增多、不能有效控制刀触点线性轨迹非线性误差等方面存在的技术问题，本发明提供一种五轴线性插补时能有效进行刀触点非线性误差控制的方法。该方法拟通过计算刀心点、刀触点、加工轨迹三者之间的位置关系以确定误差修复量，由此计算出新的插补刀心点，最终实现对五轴加工时刀触点线性路径非线性误差的有效控制和降低，提高五轴线性插补时的刀触点线性轨迹控制精度。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

1)使用含有刀触点坐标(Uu，Vv，Ww)的八参数五轴线性插补G代码，即G01指令：

G01 Xx Yy Zz Aa Cc Uu Vv Ww；

2)读取待插补的两行G01程序段，形成待插补线性轨迹；

3)采用数据采样插补原理计算在机床坐标系中的当前插补刀心点和插补刀触点；

4)计算插补刀触点的偏离非线性误差，并计算非线性误差补偿修复矢量；

5)计算补偿修复后的新的插补刀心点，完成一次八参数五轴线性插补过程。