针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法技术

本发明专利技术公开了一种针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，由原始加工刀位数据得到刀轴指令路径，基于最短路径原则得到刀轴理想路径，将刀轴指令路径与理想路径间的偏差作为刀轴非线性误差并进行修正；将修正后的刀位数据转化为加工代码并得到机床坐标系下刀尖点指令路径，通过坐标转换得到机床坐标系下的刀尖点理论路径，找出机床坐标系下刀尖点的指令路径中与其理论路径的偏差值最大所对应的点，将该点转换到工件坐标系下，并计算该点到刀尖点理论路径所在直线距离作为刀尖点非线性误差，由刀尖点非线性误差求得极限进给率，以极限进给率规划目标速度，对刀尖点非线性误差进行补偿。本发明专利技术提高加工精度的同时确保了加工效率。

【技术实现步骤摘要】
针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法
本专利技术涉及机械制造工程技术中的数控
，特别涉及一种针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法。
技术介绍
五轴机床在加工复杂曲面零件中发挥了重要作用，由于增加了两个旋转轴使得刀具的位置与姿态的变化是同时的，实现三轴机床无法完成的加工方式，节省加工时间的同时提高了加工精度。CAM软件在生成五轴机床的刀位文件时，刀具姿态的表示形式是矢量，理论刀具姿态的渐变是假设工件静止并以刀尖为定点，而实际加工中刀具姿态的变化依靠机床旋转关节改变工件和刀具的相对姿态，刀具在改变姿态的同时会影响刀尖点相对工件的位置。在不考虑机械动力学情况下，由于刀具实际位姿偏离理论位姿而产生的非线性误差不仅存在于刀尖点也存在于刀轴方向，在不同的加工工艺中对这两类非线性误差敏感度不同，如在侧铣工艺中，刀轴方向非线性误差过大会导致刀具切削刃顶端部分过切，影响工件加工质量，大多数研究仅针对刀尖点非线性误差(TTNE)而并未考虑刀轴方向非线性误差(TONE)。目前，针对刀轴方向非线性误差控制研究中，文献“郑飂默，林浒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，其特征在于，由原始加工刀位数据得到刀轴指令路径，基于最短路径原则得到刀轴理想路径，将刀轴指令路径与刀轴理想路径间的偏差作为刀轴非线性误差；对刀轴非线性误差进行补偿，从而修正原始加工刀位数据；将修正后的加工刀位数据转化为加工代码；由加工代码得到机床坐标系下刀尖点的指令路径，由工件坐标系下的刀尖点理论路径通过坐标转换得到机床坐标系下的刀尖点理论路径，找出机床坐标系下刀尖点的指令路径中与机床坐标系下的刀尖点理论路径的偏差值最大所对应的点，将该点转换到工件坐标系下并计算该点到工件坐标系下的刀尖点理论路径所在直线的距离作为刀尖点的非线性误差，由刀...

【技术特征摘要】
1.一种针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，其特征在于，由原始加工刀位数据得到刀轴指令路径，基于最短路径原则得到刀轴理想路径，将刀轴指令路径与刀轴理想路径间的偏差作为刀轴非线性误差；对刀轴非线性误差进行补偿，从而修正原始加工刀位数据；将修正后的加工刀位数据转化为加工代码；由加工代码得到机床坐标系下刀尖点的指令路径，由工件坐标系下的刀尖点理论路径通过坐标转换得到机床坐标系下的刀尖点理论路径，找出机床坐标系下刀尖点的指令路径中与机床坐标系下的刀尖点理论路径的偏差值最大所对应的点，将该点转换到工件坐标系下并计算该点到工件坐标系下的刀尖点理论路径所在直线的距离作为刀尖点的非线性误差，由刀尖点的非线性误差求得极限进给率，以极限进给率规划目标速度，对刀尖点的非线性误差进行补偿。


2.根据权利要求1所述的针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，其特征在于，基于最短路径原则得到刀轴理想路径的方法为：将刀轴指令路径映射到单位球上，设O点为球心，A点为刀轴运动始点，B点为刀轴运动终点；设与对应为刀轴在AB两点的姿态，设弧线AB位于A、O、B三点构成的平面与球面的交线上，将弧线AB作为刀轴理想路径。


3.根据权利要求1所述的针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，其特征在于，采用相邻点位最小转动角度作为约束条件，将刀轴姿态由工件坐标系下的xyz三维向量转换为在机床坐标系下的A、C轴角度。


4.根据权利要求3所述的针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，其特征在于，由原始加工刀位数据得到刀轴指令路径的具体方法为：
CAM软件输出的刀位坐标数据格式为(px,py,pz,i,j,k)，机床执行的刀位坐标数据格式为(X,Y,Z,A,C)；其中，px为刀轴在工件坐标系下的x轴坐标；py为刀轴在工件坐标系下的y轴坐标；pz为刀轴在工件坐标系下的z轴坐标；i为刀轴在工件坐标系下的x轴方向向量；j为刀轴在工件坐标系下的y轴方向向量；k为为刀轴在工件坐标系下的z轴方向向量；X为刀轴在机床坐标系下的x轴坐标；Y为刀轴在机床坐标系下的y轴坐标；Z为刀轴在机床坐标系下的z轴坐标；A为刀轴在机床坐标系下的A轴坐标；C为刀轴在机床坐标系下的C轴坐标；
其中A、C与i、j、k的换算公式如下：



设(αP,αOR)为刀轴的位姿坐标，其中αP为刀轴在α坐标系下的位置坐标(αX,αY,αZ)，αOR为刀轴在α坐标系下的姿态坐标，设wP为刀轴在工件坐标系下的位置坐标，wOR为刀轴在工件坐标系下的姿态坐标；mP为刀轴在机床坐标系下的位置坐标，mOR为刀轴在机床坐标系下的姿态坐标；那么wOR＝(i,j,k)，mOR＝(A,C)；
设wP＝[wX,wY,wZ,1]T，其中，wX为刀轴在工件坐标系下x轴坐标，wY为刀轴在工件坐标系下y轴坐标，wZ为刀轴在工件坐标系下z轴坐标；
设为j坐标系相对于i坐标系的平移转换算子，其中，
xij为i坐标系原点指向j坐标系原点的x轴方向向量，yij为i坐标系原点指向j坐标系原点的y轴方向向量，zij为i坐标系原点指向j坐标系原点的z轴方向向量；
设Ow为工件坐标系原点，Om为机床坐标系原点，OA为A轴坐标系原点，OA'为A轴坐标系绕X轴旋转一定角度后形成的坐标系的原点，OA'与OA相同，OC为C轴坐标系原点，OC'为C轴坐标系绕Z轴旋转一定角度后形成的坐标系的原点，OC与OC'相同；

wP转换为mP算法如下：











5.根据权利要求4所述的针对五轴加工刀尖点与刀轴方向非线性误差的控制方法，其特征在于，对刀轴非线性误差进行补偿包括如下步骤：
步骤A-1：设定迭代精度ρ；设定刀轴非线性误差阈值EOR；设定i的最大取值k；j的最大取值n；
步骤A-2：如果i＞k，或者j＞n，则转步骤A-10；
步骤A-3：将(wPi,mORi)赋值给(wP0,mOR0)；将(wPi+1,mORi+1)赋值给(wP1,mOR1)；
步骤A-4：计算mOR0与mOR1间的刀轴路径误差，设mOR0与mOR1间的刀轴路径误差为e；判断e是否超出刀轴非线性误差阈值EOR；
如果e＞EOR，令转步骤A-5；
如果e≤EOR，则将(wP0,mOR0)赋值给(wPj,mORj)，将(wP1,mOR1)赋值给(wPj+1,mORj+1)，令j＝j+1，i＝i+1，返回步骤A-2；
步骤A-5：比较ec和EOR的大小；如果ec＞EOR转步骤A-6；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王太勇，彭鹏，张永宾，韩文灯，刘杨帆，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12