一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法技术

在数控机床中，零/部件的加工误差与装配误差、以及零/部件的热变形往往导致进给轴相互不垂直，从而使进给轴的合成位移产生位置误差。本发明专利技术以X/Y坐标工作台中X轴与Y轴为具体实施例，对于CNC系统中的进给轴之间不垂直所导致的垂直度误差，提出一种补偿方法。

【技术实现步骤摘要】
一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法
本专利技术属先进制造领域，涉及计算机数字控制系统(ComputerNumericalControl，CNC)中对垂直度误差进行补偿的方法。技术背景在机械制造业，特别是在机床制造业，如何尽量减小在制造过程中所产生的几何误差，始终是极富创造性的技术挑战。数控系统产生以后，采用数字控制技术在控制机械运动时实时进行几何误差补偿成为数控系统中的核心技术之一。基于IEEE定义的现有CNC系统对机械系统中的几何误差进行补偿，例如，反向间隙补偿、螺距误差补偿等，是提高加工精度的必要技术手段。一般来说，这些补偿与插补算法/插补过程无关。垂直度(Perpendicularity)用来评价直线之间、平面之间或直线与平面之间的垂直状态。数控机床通常有多个进给轴。这些进给轴之间的垂直度直接影响所加工的零/部件的精度。X/Y坐标工作台是数控机床最核心的部件之一，X轴与Y轴之间的垂直度直接影晌所加工的零/部件的垂直度，也是导致零/部件的位置误差、形状误差的基本因素，是数控机床最重要的技术指标之一。X/Y坐标工作台由许多零/部件构成。这些零/部件的加工误差与装配误差，及其热变形都会使X轴与Y轴不垂直，导致X轴与Y轴的合成位移产生位置误差。为叙述方便，本申请将这种位置误差称之为垂直度误差。垂直度误差与刀路曲线(ToolPath)有关，刀路曲线上的点不同，垂直度误差所产生的位置误差也不同。因而，在基于IEEE定义的现有CNC技术中，垂直度的误差补偿必须在插补过程中实时处理。例如，X轴与Y轴以离散的坐标值进给且相互不垂直，X/Y坐标工作台则为非正交的。问题的复杂性导致插补周期显著变长而无法承受。
技术实现思路
本申请基于数据流关联控制，以X/Y坐标工作台中X轴与Y轴为具体实施例，对数控机床进给轴之间的垂直度误差，提出一种补偿方法。本申请所提出的进给轴之间的垂直度误差补偿方法，还适用于基于IEEE定义的现有CNC技术，只要插补周期足够长或CPU的主频足够高即可。本申请的技术方案说明如下。一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、规划L分割在正交离散坐标系x/y中，对刀路曲线进行离散几何规划与离散运动规划，生成L分割△Li，其中i＝1,…,n，微线段△Li的终点坐标为(xe,i，ye,i)；步骤2、读取垂直度补偿系数对于进给轴坐标系X/Y，从坐标系参数库中读取X轴的垂直度补偿系数kx与Y轴的垂直度补偿系数ky：kx＝tanα，ky＝(1/cosα)-1，式中，α为所述Y轴相对于y坐标轴的倾斜角；步骤3、计算垂直度误差的补偿值△xi，△yi：△xi＝±kxye,i△yi＝kyye,i，其中i＝1,…,n；式中，△xi为所述微线段△Li的x坐标垂直度误差补偿值；△yi为所述微线段△Li的y坐标垂直度误差补偿值；ye,i为所述微线段△Li的终点的y坐标；所述△xi的正负取决于所述倾斜角α的倾斜方向和所述微线段△Li所处的象限；步骤4、修正所述微线段△Li的终点坐标将所述△xi与所述xe,i相加；将所述△yi与所述ye,i相加。进一步地，所垂直度误差的补偿方法，其特征还在于，包括：步骤5、处理舍入误差将计算所述△xi时所产生的舍入误差计入微线段△Li+1的补偿值△xi+1中；将计算所述△yi时所产生的舍入误差计入微线段△Li+1的补偿值△yi+1中。进一步地，所述垂直度误差的补偿方法，其特征还在于：所述步骤2中，实时检测所述X轴与所述Y轴的环境温度，根据所述环境温度，从所述坐标系参数库中读取与所述环境温度相对应的kx、ky。进一步地，所述垂直度误差的补偿方法，其特征还在于：所述步骤1中，在正交坐标系x/y中，对于给定的进给速度F与所述刀路曲线，在插补周期Ti内实时计算所述微线段△Li的所述终点坐标(xe,i，ye,i)并执行所述步骤2至所述步骤5，其中i＝1,…,n。一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、规划L分割在正交离散坐标系x/y中，对刀路曲线进行离散几何规划与离散运动规划，生成L分割△Li，其中i＝1,…,n，微线段△Li的终点坐标为(xe,i，ye,i)；步骤2、读取垂直度补偿系数对于进给轴坐标系X/Y，从坐标系参数库中读取X轴的垂直度补偿系数kx与Y轴的垂直度补偿系数ky：kx＝tanα，ky＝(1/cosα)-1，式中，α为所述Y轴相对于y坐标轴的倾斜角；步骤3、计算垂直度误差的补偿值△xi，△yi：△xi＝±kxye,i△yi＝kyye,i，其中i＝1,…,n；式中，△xi为所述微线段△Li的x坐标垂直度误差补偿值；△yi为所述微线段△Li的y坐标垂直度误差补偿值；ye,i为所述微线段△Li的终点的y坐标；所述△xi的正负取决于所述倾斜角α的倾斜方向和所述微线段△Li所处的象限；步骤4、修正所述微线段△Li的终点坐标将所述△xi与所述xe,i相加；将所述△yi与所述ye,i相加；步骤5、处理舍入误差将计算所述△xi时所产生的舍入误差计入微线段△Li+1的补偿值△xi+1中；将计算所述△yi时所产生的舍入误差计入微线段△Li+1的补偿值△yi+1中；步骤6、生成x数据流与y数据流对于修正后的所述微线段△Li，在正交离散坐标系x/y中，生成x数据流与y数据流。进一步地，所述垂直度误差的补偿方法，其特征还在于，包括：对于所述x数据流与所述y数据流，区分主动轴与联动轴；对于所述主动轴，将对应的主动数据流置为全“1”；对于所述联动轴，生成联动数据流在一个周期中“1”的分布。进一步地，所述垂直度误差的补偿方法，其特征还在于，包括：进一步地，所述垂直度误差的补偿方法，其特征还在于：所述步骤2中，实时检测所述X轴与所述Y轴的环境温度，根据所述环境温度，从所述坐标系参数库中读取与所述环境温度相对应的kx、ky。进一步地，所述垂直度误差的补偿方法，其特征还在于：所述步骤1中，在正交坐标系x/y中，对于给定的进给速度F与所述刀路曲线，在插补周期Ti内实时计算所述微线段△Li的所述终点坐标(xe,i，ye,i)并执行所述步骤2至所述步骤6，其中i＝1,…,n。本申请与现有技术对比所具有的有益效果是：1、进给轴之间的垂直度直接影晌所加工的零/部件的垂直度，也是导致零/部件的位置误差、形状误差的基本因素，是数控机床最重要的技术指标之一。在基于IEEE定义的现有CNC技术中，对反向间隙、螺距误差等机械误差进行补偿，是提高加工精度的必要技术手段。由于受实时操作系统与插补周期的制约，对进给轴之间的垂直度误差进行补偿是现有CNC技术的一大难题。对于精密/高精密加工、微细加工，垂直度误差的补偿问题尤为重要。本申请基于数据流关联控制，解决了进给轴之间的垂直度误差的补偿问题。2、进给轴所处的外部环境温度往往不同，加工过程中还存在电机的功耗、运动副之间的摩擦热、切削时的热效应等耗散性热能。这些内外环境温度的变化必然产生热变形，改变进给轴之间的垂直度。特别是，热变形导致的垂直度误差取决于进给轴系统的特定结构与特定材料，是一种必须实時处理的个性化的非线性误差。对于精密/高精密加工、微细加工，热变形导致的垂直度误差的实時补偿问题十分突出。本申请解决了热变形导致的垂直度误差的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、规划L分割在正交离散坐标系x/y中，对刀路曲线进行离散几何规划与离散运动规划，生成L分割△Li，其中i＝1,…,n，微线段△Li的终点坐标为(xe,i，ye,i)；步骤2、读取垂直度补偿系数对于进给轴坐标系X/Y，从坐标系参数库中读取X轴的垂直度补偿系数kx与Y轴的垂直度补偿系数ky：kx＝tanα，ky＝(1/cosα)‑1，式中，α为所述Y轴相对于y坐标轴的倾斜角；步骤3、计算垂直度误差的补偿值△xi，△yi：△xi＝±kx ye,i，△yi＝ky ye,i，其中i＝1,…,n；式中，△xi为所述微线段△Li的x坐标垂直度误差补偿值；△yi为所述微线段△Li的y坐标垂直度误差补偿值；ye,i为所述微线段△Li的终点的y坐标；所述△xi的正负取决于所述倾斜角α的倾斜方向和所述微线段△Li所处的象限；步骤4、修正所述微线段△Li的终点坐标将所述△xi与所述xe,i相加；将所述△yi与所述ye,i相加。

【技术特征摘要】
1.一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、规划L分割在正交离散坐标系x/y中，对刀路曲线进行离散几何规划与离散运动规划，生成L分割△Li，其中i＝1,…,n，微线段△Li的终点坐标为(xe,i，ye,i)；步骤2、读取垂直度补偿系数对于进给轴坐标系X/Y，从坐标系参数库中读取X轴的垂直度补偿系数kx与Y轴的垂直度补偿系数ky：kx＝tanα，ky＝(1/cosα)-1，式中，α为所述Y轴相对于y坐标轴的倾斜角；步骤3、计算垂直度误差的补偿值△xi，△yi：△xi＝±kxye,i，△yi＝kyye,i，其中i＝1,…,n；式中，△xi为所述微线段△Li的x坐标垂直度误差补偿值；△yi为所述微线段△Li的y坐标垂直度误差补偿值；ye,i为所述微线段△Li的终点的y坐标；所述△xi的正负取决于所述倾斜角α的倾斜方向和所述微线段△Li所处的象限；步骤4、修正所述微线段△Li的终点坐标将所述△xi与所述xe,i相加；将所述△yi与所述ye,i相加；步骤5、处理舍入误差将计算所述△xi时所产生的舍入误差计入微线段△Li+1的补偿值△xi+1中；将计算所述△yi时所产生的舍入误差计入微线段△Li+1的补偿值△yi+1中。2.如权利要求1所述的进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征还在于：所述步骤2中，实时检测所述X轴与所述Y轴的环境温度，根据所述环境温度，从所述坐标系参数库中读取与所述环境温度相对应的kx、ky。3.如权利要求1所述的进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征还在于：所述步骤1中，在正交坐标系x/y中，对于给定的进给速度F与所述刀路曲线，在插补周期Ti内实时计算所述微线段△Li的所述终点坐标(xe,i，ye,i)并执行所述步骤2至所述步骤5，其中i＝1,…,n。4.一种进给轴之间的垂直度误差的补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、规划L分割在正交离散坐标系x/y中，对刀路曲线进行离散几何规划与离散运动规划，生成L分割△Li...

【专利技术属性】
技术研发人员：江俊逢，
申请(专利权)人：江俊逢，
类型：发明
国别省市：广东;44