[发明专利]面向曲面整体刀路光顺改善的五轴机床几何误差补偿方法

说明书

本发明提供了一种面向曲面整体刀路光顺改善的五轴机床几何误差补偿方法，包括：应用群体智能优化算法获得规划刀位点的优化刀具姿态和补偿加工代码；设置光顺性指标冗余度和光顺代数允许值，设i初始值为1；计算第i个刀位点的光顺性指标，并判断是否计算新的刀位点；获得光顺代数，并判断是否优化新的刀位点；应用群体智能优化算法对新的刀位点优化；将优化后的新的刀位点插入到优化后刀位点文件中，并更新优化后刀位点文件；将刀位点数目n与i进行比较，若i大于n，则输出补偿加工代码文件。本发明通过以上设计，能有效地解决考虑曲面整体刀路质量要求，实现曲面规划刀位点和曲面整体刀路的几何误差补偿的技术问题。

技术领域

本发明属于数控加工误差补偿技术领域，尤其涉及一种面向曲面整体刀路光顺改善的五轴机床几何误差补偿方法。

背景技术

五轴机床已经广泛用于航天、航空、航海、汽车、国防等各个领域内复杂零部件的加工。五轴加工也成为衡量一个国家先进制造水平的重要标志之一。五轴机床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。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。

现有的机床误差补偿功能或误差补偿技术在一定程度上提高机床的位置精度或尺寸精度，但是没有考虑加工曲面的纹理精度，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置和姿态可能引发工件曲面纹理形貌的不规则改变，可能引起纹理变化，工件纹理形貌直接影响到工件的物理性能甚至疲劳寿命，如非球面反射镜的光学性能、叶轮的气动性能等。国际标准ISO1302对产品表面特性做出了规范，包括表面粗糙度、纹理、波纹度等，目前，对纹理形貌研究多聚焦于优化工艺条件(如刀路形式、切削深度、进给量等)，对五轴机床加工中因误差补偿改变运动轴运动量而造成的曲面纹理形貌不规则改变研究较少。另外，现有的几何误差补偿技术可以实现曲面加工规划刀触点的误差补偿，但是规划刀触点处误差补偿后，相邻刀具位姿间可能存在旋转轴大角度突变。大角度突变会引起较大的非线性误差、奇异问题甚至碰撞，从而会影响曲面加工质量。针对此问题的相关研究也较少。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的面向曲面整体刀路光顺改善的五轴机床几何误差补偿方法，能有效地解决考虑曲面整体刀路质量要求，实现曲面规划刀位点和曲面整体刀路的几何误差补偿的技术问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种面向曲面整体刀路光顺改善的五轴机床几何误差补偿方法，包括以下步骤：

S1、根据五轴机床几何误差模型，利用群体智能优化算法对曲面整体刀路的规划刀位点进行刀具姿态优化，得到优化后的刀具姿态和补偿加工代码，以及优化后的刀位点文件和补偿加工代码文件；

S2、根据五轴机床的加工精度和曲面纹理设置光顺性指标冗余度S_max和光顺代数允许值g_max，并设i的初始值为1，以及规划刀位点的光顺代数为0；

S3、根据第i个刀位点和第i+1个刀位点的旋转轴旋转角度，计算得到第i个刀位点的光顺性指标s_i，并判断所述光顺性指标s_i是否大于所述光顺性指标冗余度S_max,若是，则进入步骤S4，否则，进入步骤S7；

S4、计算新的刀位点的刀具位置和初始刀具姿态T_oⁿ，并根据新的刀位点的刀具位置和初始刀具姿态T_oⁿ，计算得到新的刀位点的光顺代数g_n，并判断所述新的刀位点的光顺代数g_n是否大于光顺代数允许值g_max，若是，则进入步骤S7，否则，进入步骤S5；；

S5、根据五轴机床几何误差模型，利用群体智能优化算法对曲面整体刀路的新的规划刀位点进行刀具姿态优化，得到优化后的新的刀位点和补偿加工代码；