[发明专利]一种三轴数控机床的轮廓误差估算方法

说明书

本发明属于精密制造技术领域，并公开了一种三轴数控机床的轮廓误差估算方法。该方法包括下列步骤：(a)规划理想的加工参考轨迹，存储参考轨迹经插补后的各个加工点的三维坐标，监测并存储每个采用周期内实际加工轨迹上各个加工点的三维坐标；(b)获取在参考轨迹上距实际加工点最近的参考位置点；(c)根据最近的参考位置点与其相邻的点的不同位置关系，按照不同的情况采用不同的方法对所需的轮廓误差进行估算。通过本发明，使得估算过程不需要理想加工参数轨迹的参数信息和曲率信息，适合加工过程中曲率较大的情况，实现难度低，计算量小，用时短，具有实时性，适用范围广。

技术领域

本发明属于精密制造技术领域，更具体地，涉及一种三轴数控机床的轮廓误差估算方法。

背景技术

近年来，随着制造业的迅速发展，加工零件愈来愈趋向精密化和复杂化，使得数控机床在精密制造领域中的加工要求也逐渐向高精度方向不断发展。所谓高精度，一般指的是高轮廓加工精度。数控机床的加工精度水平直接反映了国家装备制造的技术水平。

为了减少数控加工过程中的轮廓误差，进而提高被加工工件表面的轮廓精度，常用的方法是基于轮廓误差信息设计出相应的轮廓误差控制器以实现高加工精度的轮廓控制，现有的估算方法一般需要参考轨迹的曲率、微分等信息或者采用迭代的方法估算轮廓误差，这样的方法会限制估算方法的通用性，而且存在计算过大导致实时性不强的问题，由于高精度轮廓误差估计是有效轮廓控制的前提条件，因此，如何快速有效的估算出数控加工过程中的轮廓误差，如何建立数控加工轮廓误差估算的数学模型，是当前亟待解决的一大难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三轴数控机床的轮廓误差估算方法，通过在刀具理想轨迹中找到与当前加工点位置最近的点，然后通过该点和其相邻的点之间的位置关系，确定误差估算的方式，由此解决三维空间的三轴轮廓加工误差估算的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种三轴数控机床的轮廓误差估算方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)针对待加工对象，规划三轴数控机床刀具的加工路径并获得理想的加工参考轨迹，插补该参考轨迹并存储插补后的各个加工点的三维坐标，所述刀具按照所述参考轨迹加工待加工对象，同时监测该刀具的实际加工轨迹，存储实际加工轨迹上各个加工点的三维坐标；

(b)针对所述刀具当前的实际加工点P_a，在所述参考轨迹中找到与该实际加工点对应的参考点P_r+k，计算该实际加工点与参考点附近的点的距离，距离的最小值对应的点即为在所述参考轨迹上与所述实际加工点最近的参考位置点P_r+k-j；

(c)在所述参考轨迹上与所述最近的参考位置点P_r+k-j相邻的点为P_r+k-j-1和P_r+k-j+1，根据下列不同的情况，分别对所需的轮廓误差进行估算：

(c1)当所述P_r+k-j-1、P_r+k-j和P_r+k-j+1不在同一条直线上时，

根据所述P_r+k-j-1、P_r+k-j和P_r+k-j+1构建一个圆，并确定该圆的半径和圆心O₀坐标；将所述实际加工点在所述圆所在平面⊙O₀投影，获取其投影点P′_a；将所述圆心O₀与投影点P_a′的连线，该连线与所述圆上P_r+k-j-1和P_r+k-j+1之间的圆弧相交，交点为该交点与所述实际加工点P_a的距离为待估算的轮廓误差