[发明专利]一种多轴联动数控机床空间误差在线补偿方法

权利要求书

1.一种多轴联动数控机床空间误差在线补偿方法，所述多轴联动数控机床为AC摆头五轴数控机床，其特征在于：所述AC摆头五轴数控机床通过空间误差补偿PC机与伺服驱动器连接；所述空间误差补偿PC机包括光栅信号输入接口、空间误差补偿软件、光栅信号输出接口；所述空间误差补偿软件通过光栅信号输入接口采集AC摆头五轴数控机床的光栅信号，根据光栅信号反馈的位置坐标和空间误差补偿软件中误差参数文件里的误差值计算当前位置的空间误差及AC摆头五轴数控机床的各轴补偿值，并根据补偿值修改光栅的反馈信号后，将反馈信号通过光栅信号输出接口发送至伺服驱动器；

所述在线补偿方法具体包括以下步骤：

步骤F1：空间误差补偿软件经光栅信号输入接口读取各运动轴光栅尺信号以及光栅反馈的位置坐标；

步骤F2：空间误差补偿软件根据误差参数文件计算光栅反馈的当前位置空间误差值；

步骤F3：空间误差补偿软件计算各运动轴补偿值；

步骤F4：空间误差补偿软件根据各运动轴补偿值修改光栅尺信号；

步骤F5：空间误差补偿将修改后的光栅尺信号经光栅信号输出接口反馈至伺服驱动器；

所述步骤F3中AC旋转轴补偿值的计算具体包括以下步骤：

步骤P31：根据误差参数文件中空间误差模型，计算工件坐标系中实际刀轴矢量：

式(1)中，V′_w为工件坐标系中的实际刀轴矢量，Lⁿ(k)为体k的n阶底序体，L^t(j)为j的t阶底序体，为相邻体间静止转角变换矩阵，为相邻体间运动转角变化矩阵，V_t为刀具坐标系中的刀轴矢量；

步骤P32：根据机床运动模块，计算实际刀轴矢量对应的旋转轴转动角度：

A′＝k·arccos v_z；k＝±1 (2)

C′＝k·π+arctan(-v_x/v_y)；v_x≠0且v_y≠0,k＝0、±1 (3)

C′＝0；v_x＝0且v_y＝0 (4)

C′＝k·π/2；v_x≠0且v_y＝0,k＝±1 (5)

其中v_x为实际刀轴矢量X轴向坐标值，v_y为实际刀轴矢量Y轴向坐标值，v_z为实际刀轴矢量Z轴向坐标值，A′为实际刀轴矢量对应的A轴转角，C′为实际刀轴矢量对应的Z轴转角；

步骤P33：利用误差抵消的补偿方式，对转角进行迭代修改：

A_k＝A₀-(A_k-1-A₀) (6)

C_k＝C₀-(C_k-1-C₀) (7)

其中，A₀为初始A轴转角，C₀为初始C轴转角，k为迭代计算次数，A_k为k次迭代计算得到的A轴转角，C_k为k次迭代计算得到的C轴转角；

迭代终止条件为：

|A_k-A_k-1|≤δ_A (8)

|C_k-C_k-1|≤δ_C (9)

其中，δ_A为两次迭代计算所得A轴转角的最大差值，δ_C为两次迭代计算所得C轴转角的最大差值；

步骤P34：计算AC旋转轴最终补偿值：

dA＝A_x-A₀ (10)

dC＝C_x-C₀ (11)

其中，dA为A轴补偿值，dC为C轴补偿值；

所述步骤F3中XYZ直线轴补偿值的计算具体包括以下步骤：

步骤S31：根据误差参数文件中空间误差模型，计算工件坐标系中直线轴理想坐标：

x＝X+L_T·sinA sinC (12)

y＝Y-L_T·sinA cosC (13)

z＝Z-L_T·(1-cos A) (14)

其中，X、Y、Z为理想刀位点的位置坐标，A、C为理想的A、C轴转角；

步骤S32：根据空间误差模型，代入补偿后的转角A_k和C_k，计X、Y、Z直线轴实际坐标：

其中，P′_w为工件坐标系中直线轴实际坐标，Lⁿ(k)为体k的n阶底序体，L^t(j)为j的t阶底序体，为相邻体间静止位移变换矩阵，为相邻体间位移变化矩阵，P′_t为刀具坐标系中的实际刀位点坐标；

步骤S33：利用误差抵消的补偿方式，对直线轴坐标位置进行迭代修改：

x_k＝x₀-(x_k-1-x₀) (16)

y_k＝y₀-(y_k-1-y₀) (17)

z_k＝z₀-(z_k-1-z₀) (18)

其中x₀为初始X轴位置，y₀为初始Y轴位置，z₀为初始Z轴位置，k为迭代次数，x_k为k次迭代计算得到的X轴位置，y_k为k次迭代计算得到的Y轴位置，z_k为k次迭代计算得到的Z轴位置；

迭代终止条件为：

|x_k-x_k-1|≤ε_x (19)

|y_k-y_k-1|≤ε_y (20)

|z_k-z_k-1|≤ε_z (21)

其中，ε_x为两次迭代计算所得X轴位置的最大差值，ε_y为两次迭代计算所得Y轴位置的最大差值，ε_z为两次迭代计算所得Z轴位置的最大差值；

步骤S34：计算XYZ直线轴最终补偿值：

dx＝x_k-x₀ (22)

dy＝y_k-y₀ (23)

dz＝z_k-z₀ (24)

其中dx为X轴补偿值，dy为Y轴补偿值，dz为Z轴补偿值。