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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术通过以上设计，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。

Geometric error compensation method of five axis machine tool for improving the smoothness of the whole cutter path of curved surface

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于数控加工误差补偿
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术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，本专利技术采用的技术方案为：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Smax和光顺代数允许值gmax，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si，并判断所述光顺性指标si是否大于所述光顺性指标冗余度Smax,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Ton，并根据新的刀位点的刀具位置和初始刀具姿态Ton，计算得到新的刀位点的光顺代数gn，并判断所述新的刀位点的光顺代数gn是否大于光顺代数允许值gmax，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；S6、将所述优化后的新的刀位点插入到所述优化后刀位点文件中，并更新优化后的刀位点文件，将所述优化后的新的刀位点的补偿加工代码插入到所述补偿加工代码文件中，并更新补偿加工代码文件,并返回步骤S3；S7、令i＝i+1，获取刀位点文件中刀位点的数目n，并判断i的值是否大于刀位点数目n，若是，则完成对五轴机床几何误差的补偿，并输出补偿加工代码文件作为几何误差补偿结果，否则，返回步骤S3。本专利技术的有益效果是：本专利技术对代表曲面纹理的规划刀位点进行刀具姿态优化，并考虑曲面整体刀路光顺程度建立刀路光顺策略，在降低几何误差影响的同时保证工件曲面整体纹理质量，该方法可进一步提高五轴机床加工精度和工件表面质量。进一步地，所述步骤S3中第i个刀位点的光顺性指标si的表达式如下：si＝|αi-αi+1|+|γi-γi+1|其中,αi表示第i个刀位点的第一个旋转轴旋转角度，γi表示第i个刀位点的第二个旋转轴旋转角度。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术利用旋转轴旋转角度计算得到第i个刀位点的光顺性指标，能提高计算精度，为五轴机床几何误差补偿提供了良好的条件。再进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：S401、根据第i个刀位点和第i+1个刀位点的刀具位置和刀具姿态，获取新的刀位点的刀具位置和初始刀具姿态Ton；S402、根据第i个刀位点和第i+1个刀位点的光顺代数，计算得到新的刀位点的光顺代数gn；S403、判断所述新的刀位点的光顺代数gn是否大于光顺代数允许值gmax，若是，则进入步骤S7，否则，进入步骤S5。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术将新的刀位点的光顺代数gn与光顺代数允许值gmax进入比较来判断是否优化并插入新的刀位，在降低几何误差影响的同时保证工件曲面整体纹理质量。再进一步地，所述步骤S401中新的刀位点的刀具位置的表达式如下：所述初始刀具姿态Ton的表达式如下：其中，表示新插入刀位点的刀具中心位置，Ton表示新插入刀位点的初始刀具姿态，表示第i个刀位点的刀具位置，表示第i个刀位点的刀具姿态。再进一步地，所述步骤S402中新的刀位点的光顺代数gn的表达式如下：gn＝max(gi,gi+1)+1其中，gi表示第i个刀位点的光顺代数，max表示取较大值。再进一步地，所述步骤S6包括以下步骤：S601、将所述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，其中，所述插入位置为第i个刀位点和第i+1个刀位点之间；S602、将所述优化的新的刀位点的补偿加工代码插入到补偿加工代码文件中，并更新补偿加工代码文件，其中，所述插入位置为第i个刀位点的补偿加工代码和第i+1个刀位点的补偿加工代码之间；S603、返回步骤S3。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术进一步对规划刀位点进行刀具姿态优化，有效地提高了五轴机床加工精度和工件表面质量。再进一步地，所述步骤S1和步骤S5中群体智能优化算法为粒子群优化算法、鸡群算法或蚁群算法中任意一种算法。再进一步地，所述步骤S1和步骤S5中利用群体智能优化算法时，需根据五轴机床几何误差模型选择刀具位置误差作为五轴机床几何误差补偿的适应度函数。上述进一步方案的有益效果是：选择刀具位置误差作为适应度函数以保证刀具位置误差最小，在误差补偿的同时保证曲面刀路质量。再进一步地，所述步骤S1和步骤S5中对曲面整体刀路的规划刀位点进行刀具姿态优化时，保持刀具位置不变。上述进一步方案的有益效果是：本专利技术对曲面整体刀路的规划刀位点进行刀具姿态优化时，保持刀具位置不变，能提高优化的精度，减少误差。附图说明图1为本专利技术的方法流程图。图2为本实施例中的鼠标型工件示意图。图3为本实施例中鼠标型工件一部分曲面刀路光顺效果示意图。图4为本实施例中鼠标型工件一部分曲面刀路的未补偿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.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，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、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；/nS2、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

【技术特征摘要】
1.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，其特征在于，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Smax和光顺代数允许值gmax，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si，并判断所述光顺性指标si是否大于所述光顺性指标冗余度Smax,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并根据新的刀位点的刀具位置和初始刀具姿态计算得到新的刀位点的光顺代数gn，并判断所述新的刀位点的光顺代数gn是否大于光顺代数允许值gmax，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；
S6、将所述优化后的新的刀位点插入到所述优化后刀位点文件中，并更新优化后的刀位点文件，将所述优化后的新的刀位点的补偿加工代码插入到所述补偿加工代码文件中，并更新补偿加工代码文件,并返回步骤S3；
S7、令i＝i+1，获取刀位点文件中刀位点的数目n，并判断i的值是否大于刀位点数目n，若是，则完成对五轴机床几何误差的补偿，并输出补偿加工代码文件作为几何误差补偿结果，否则，返回步骤S3。


2.根据权利要求1所述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，其特征在于，所述步骤S3中第i个刀位点的光顺性指标si的表达式如下：
si＝|αi-αi+1|+|γi-γi+1|
其中,αi表示第i个刀位点的第一个旋转轴旋转角度，γi表示第i个刀位点的第二个旋转轴旋转角度。


3.根据权利要求1所述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，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
S401、根据第i个刀位点和第i+1个刀位点的刀具位置和刀具姿态，获取新的刀位点的刀具位置和初始刀具姿态
S402、根据第i个刀...

【专利技术属性】
技术研发人员：付国强，饶勇建，陶春，谢云鹏，鲁彩江，高宏力，郭亮，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51