CN108983704A - 基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，包括如下步骤：步骤1：输入两个编程点P₀、P₁，求P₀′、P₁′；步骤2：求a＝1；步骤3：如果模长比模长小，则继续步骤4；否则令转入步骤9；步骤4：求步骤5：求误差步骤6：若小于误差上限，则根据进行插补，转入步骤7；否则，转入步骤8；步骤7：机床每完成一次插补，将实际插补次数加1；若实际插补次数小于等于预设插补次数，将a+1重新赋值给a，求密化插值下一个中间点再返回步骤3；否则，转入步骤9；步骤8：求中间点P_mid，将P₀、P_mid作为两个新的编程点，返回步骤1；同时，将P_mid、P₁亦作为另外两个新的编程点，亦返回步骤1；步骤9：结束。本发明工作稳定，无需依赖最大误差向量，实现方法简单。

Description

基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法

技术领域

本发明属于五轴机床后置处理技术领域，具体涉及到一种基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法。

背景技术

五轴机床是最重要的精确加工设备之一，使用五轴机床，显著的提高了加工部件几何复杂度和尺寸精度的能力。比起普通机床，它拥有更高的加工效率，表面加工精度，减少了加工时间，且可以加工自由曲面，广泛地应用于加工行业。将加工程序输入到机床，再经机床的后置处理器，将加工程序转换为机床能识别的机床代码，这就是后置处理。

这样的转换在没有旋转轴参与的情况下是良好的，但是一旦涉及旋转轴与平移轴联动时，会因为连续运动的需要和机床只能提供线性运动之间的矛盾而产生非线性误差。但是机床的后置处理并不通用，加工数据的可移植性差，非线性误差的产生使机床偏离预期的加工轨迹，降低了加工精度。如何有效地补偿非线性误差是五轴加工技术中的关键问题。

现有基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，需依赖最大误差向量，方法复杂，实现成本高，且稳定性不好。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种实现成本低、稳定性好的非线性误差补偿方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，包括如下步骤：

步骤1：模拟双转台五轴数控机床，输入两个编程点P₀、P₁，求出与编程点P₀相对应的后置处理点P₀′，以及与编程点P₁相对应的后置处理点P₁′；P₀′、P₁′分别代表后置处理的两个端点；

步骤2：机床根据型号不同，自带不同的插补函数，将两后置处理点P₀′、P₁′代入插补函数中，利用插补函数求出密化插值的一个中间点a＝1；

步骤3：比较的模长与的模长大小，如果的模长比的模长小，则继续步骤4；

如果的模长比的模长大或的模长等于的模长，则令转入步骤9；

步骤4：求与密化插值的中间点相对应的前置处理点

步骤5：将求得的前置处理点输入机床，机床对输入的前置处理点进行后置处理，求得与前置处理点相对应的后置处理点再求取后置处理点的误差

步骤6：根据实际需要设置误差上限，将误差与误差上限比较：若误差小于误差上限，则机床根据与此误差相对应的前置处理点进行插补后，转入步骤7；若误差大于等于误差上限，则转入步骤8；

步骤7：机床每完成一次插补，则将实际插补次数加1；判断实际插补次数是否小于等于机床预设插补次数，若实际插补次数小于等于机床预设插补次数，将a+1重新赋值给a，利用插补函数求出密化插值的下一个中间点后，再返回步骤3；若实际插补次数大于机床预设插补次数，则转入步骤9；

步骤8：求P₀、P₁的中间点P_mid＝(P₀+P₁)/2，将P₀、P_mid作为两个新的编程点，返回步骤1，开始新一轮的在线非线性误差补偿；同时，将P_mid、P₁亦作为另外两个新的编程点，返回步骤1，亦开始新一轮的在线非线性误差补偿；

步骤9：结束。

进一步，所述步骤1中，后置处理点P₀′、P₁′通过如下逆运动学建模所得公式(1)计算得到：

式中，P_x、P_y、P_z分别表示刀尖位置在机床的工件坐标系中的X,Y,Z值，U_x、U_y、U_z分别表示在机床的工件坐标系中的刀轴矢量的X,Y,Z值。编程点P₀、P₁各对应一组(P_x、P_y、P_z、U_x、U_y、U_z)。m_x、m_y、m_z分别表示机床偏置量的X,Y,Z值；后置处理点P₀′通过一组(X、Y、Z、θ_A、θ_C)表示，后置处理点P₁′通过另一组(X、Y、Z、θ_A、θ_C)表示。后置处理点(X、Y、Z、θ_A、θ_C)中，X、Y、Z为后置处理点的坐标位置，θ_A、θ_C分别表示机床的两旋转轴的角度坐标。

进一步，所述步骤3中，密化插值的中间点为

s为密化插值中间点的个数,s＝(总插补长度/步长)-1，v：双转台五轴数控机床的插补速度，T：双转台五轴数控机床的插补周期；D表示步长，总插补长度为步骤1中两编程点之间的距离。

进一步，所述步骤5中，求与密化插值的中间点相对应的前置处理点时，密化插值的中间点亦通过一组(X、Y、Z、θ_A、θ_C)表示，前置处理点通过如下正运动学建模所得公式(3)计算得到：

每个前置处理点亦通过一组(P_x、P_y、P_z、U_x、U_y、U_z)表示。前置处理点(P_x、P_y、P_z、U_x、U_y、U_z)中，P_x、P_y、P_z分别表示刀尖位置在机床的工件坐标系中的X,Y,Z值，U_x、U_y、U_z分别表示在机床的工件坐标系中的刀轴矢量的X,Y,Z值。θ_A、θ_C分别表示机床的两旋转轴的角度坐标。m_x、m_y、m_z分别表示机床偏置量的X,Y,Z值。

进一步，所述步骤5中，机床对输入的前置处理点进行后置处理，求得与前置处理点相对应的后置处理点时，具体求解公式可根据公式(1)求得。

进一步，所述步骤5中，求取后置处理点的误差时，为

本发明工作稳定，无需依赖最大误差向量，实现方法简单。使用本发明，可对刀路轨迹进行优化插补，提高机床插补可靠性。

附图说明

图1为本发明基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法的实施步骤流程图。

具体实施方式

以下以结合附图和具体实施方式对本发明作详细描述。

本发明适用于双转台五轴数控机床，该类型机床的两个旋转轴都在工作台上。

基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，包括如下步骤：

步骤1：模拟双转台五轴数控机床，输入两个编程点P₀、P₁，求出与编程点P₀相对应的后置处理点P₀′，以及与编程点P₁相对应的后置处理点P₁′；P₀′、P₁′分别代表后置处理的两个端点；

步骤2：机床根据型号不同，自带不同的插补函数，将两后置处理点P₀′、P₁′代入插补函数中，利用插补函数求出密化插值的一个中间点

步骤3：比较的模长与的模长大小，如果的模长比的模长小，则继续步骤4；

如果的模长比的模长大或的模长等于的模长，则令转入步骤9；

步骤4：求与密化插值的中间点相对应的前置处理点

步骤5：将求得的前置处理点输入机床，机床对输入的前置处理点进行后置处理，求得与前置处理点相对应的后置处理点再求取后置处理点的误差

步骤6：根据实际需要设置误差上限，将误差与误差上限比较：若误差小于误差上限，则机床根据与此误差相对应的前置处理点进行插补后，转入步骤7；若误差大于等于误差上限，则转入步骤8；

步骤7：机床每完成一次插补，则将实际插补次数加1；判断实际插补次数是否小于等于机床预设插补次数，若实际插补次数小于等于机床预设插补次数，将a+1重新赋值给a，利用插补函数求出密化插值的下一个中间点后，再返回步骤3；若实际插补次数大于机床预设插补次数，则转入步骤9；

步骤8：求P₀、P₁的中间点P_mid＝(P₀+P₁)/2，将P₀、P_mid作为两个新的编程点，返回步骤1，开始新一轮的在线非线性误差补偿；同时，将P_mid、P₁亦作为另外两个新的编程点，返回步骤1，亦开始新一轮的在线非线性误差补偿；

步骤9：结束。

所述步骤1中，后置处理点P₀′、P₁′通过如下逆运动学建模所得公式(1)计算得到：

式中，P_x、P_y、P_z分别表示刀尖位置在机床的工件坐标系中的X,Y,Z值，U_x、U_y、U_z分别表示在机床的工件坐标系中的刀轴矢量的X,Y,Z值。编程点P₀、P₁各对应一组(P_x、P_y、P_z、U_x、U_y、U_z)。m_x、m_y、m_z分别表示机床偏置量的X,Y,Z值；后置处理点P₀′通过一组(X、Y、Z、θ_A、θ_C)表示，后置处理点P₁′通过另一组(X、Y、Z、θ_A、θ_C)表示。后置处理点(X、Y、Z、θ_A、θ_C)中，X、Y、Z为后置处理点的坐标位置，θ_A、θ_C分别表示机床的两旋转轴的角度坐标。

进一步，所述步骤3中，密化插值的中间点为

s为密化插值中间点的个数,s＝(总插补长度/步长)-1，v：双转台五轴数控机床的插补速度，T：双转台五轴数控机床的插补周期；D表示步长，总插补长度为步骤1中两编程点之间的距离。

所述步骤5中，求与密化插值的中间点相对应的前置处理点时，密化插值的中间点亦通过一组(X、Y、Z、θ_A、θ_C)表示，前置处理点通过如下正运动学建模所得公式(3)计算得到：

每个前置处理点亦通过一组(P_x、P_y、P_z、U_x、U_y、U_z)表示。前置处理点(P_x、P_y、P_z、U_x、U_y、U_z)中，P_x、P_y、P_z分别表示刀尖位置在机床的工件坐标系中的X,Y,Z值，U_x、U_y、U_z分别表示在机床的工件坐标系中的刀轴矢量的X,Y,Z值。θ_A、θ_C分别表示机床的两旋转轴的角度坐标。m_x、m_y、m_z分别表示机床偏置量的X,Y,Z值。

所述步骤5中，机床对输入的前置处理点进行后置处理，求得与前置处理点相对应的后置处理点时，具体求解公式可根据公式(1)求得。

所述步骤5中，求取后置处理点的误差时，为

针对五轴机床后置处理技术领域的问题，本文中提出的基于双转台在线非线性误差补偿方法能应用于双转台五轴机床加工，抗外界干扰能力强，跟踪精度高，稳定性好，成本低。

Claims (3)

1.基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：模拟双转台五轴数控机床，输入两个编程点P₀、P₁，求出与编程点P₀相对应的后置处理点P₀′，以及与编程点P₁相对应的后置处理点P₁′；P₀′、P₁′分别代表后置处理的两个端点；

步骤2：机床根据型号不同，自带不同的插补函数，将两后置处理点P₀′、P₁′代入插补函数中，利用插补函数求出密化插值的一个中间点a＝1；

步骤3：比较的模长与的模长大小，如果的模长比的模长小，则继续步骤4；

如果的模长比的模长大或的模长等于的模长，则令转入步骤9；

步骤4：求与密化插值的中间点相对应的前置处理点

步骤5：将求得的前置处理点输入机床，机床对输入的前置处理点进行后置处理，求得与前置处理点相对应的后置处理点再求取后置处理点的误差

步骤6：根据实际需要设置误差上限，将误差与误差上限比较：若误差小于误差上限，则机床根据与此误差相对应的前置处理点进行插补后，转入步骤7；若误差大于等于误差上限，则转入步骤8；

步骤7：机床每完成一次插补，则将实际插补次数加1；判断实际插补次数是否小于等于机床预设插补次数，若实际插补次数小于等于机床预设插补次数，将a+1重新赋值给a，利用插补函数求出密化插值的下一个中间点后，再返回步骤3；若实际插补次数大于机床预设插补次数，则转入步骤9；

步骤8：求P₀、P₁的中间点P_mid＝(P₀+P₁)/2，将P₀、P_mid作为两个新的编程点，返回步骤1，开始新一轮的在线非线性误差补偿；同时，将P_mid、P₁亦作为另外两个新的编程点，返回步骤1，亦开始新一轮的在线非线性误差补偿；

步骤9：结束。

2.根据权利要求1所述的基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，其特征在于，所述步骤3中，密化插值的中间点为

s为密化插值中间点的个数,s＝(总插补长度/步长)-1，v：双转台五轴数控机床的插补速度，T：双转台五轴数控机床的插补周期；D表示步长，总插补长度为步骤1中两编程点之间的距离。

3.根据权利要求1或2所述的基于五轴双转台在线非线性误差补偿方法，其特征在于，所述步骤5中，求取后置处理点的误差时，为