[发明专利]一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法

说明书

本发明一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法，属于数控加工领域。该方法首先根据预设间隔，对给定路径的参数区间进行分割，并计算出每个分割区间内轮廓误差和机床运动学约束下的最大可行进给率。然后，对进给率幅值波动范围较小的分割区间进行融合，再从参数起点开始，扫描所有分割区间的最大可行进给率序列，识别出进给率敏感区和拐点位置。进而，利用双向扫描算法对拐点处最大可行进给率进行修正。最后，以最大可行进给率序列为基础，对用于表达进给率轮廓的B样条曲线控制点进行适应性配置，并进行轮廓误差和机床各轴运动学特性约束下的进给率曲线的松弛调整，以有效改善数控加工的运动学特性，保证数控加工的几何精度和表面质量。

技术领域

本发明涉及一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法，属于数控加工技术领域。

背景技术

随着能源动力等领域对装备性能和工作环境要求的日益提高，进一步提升机械零件的加工精度和效率显得十分重要，尤其是对于一些关键的复杂曲面零件，如何实现其高质高效加工已成为数控加工领域的研究热点之一。作为评估零件数控加工精度的一项重要指标，轮廓误差受到了国内外学者和业界的普遍关注。围绕减小轮廓误差这一主题，当前的研究根据出发角度的不同可以归纳为以下三类：其一，通过刀位优化方式光顺走刀轨迹，消除或抑制刀具在进给过程中容易出现的颤振现象，从而保证零件的轮廓加工精度；其二，基于伺服控制技术，采用轮廓误差预测及补偿方法，对数控加工路径进行修正，间接提高零件加工精度；其三，建立轮廓误差与进给率之间的关系，通过进给率规划方式，对走刀进给过程进行控制，改善各驱动轴的运动学特性，最终实现零件的精密数控加工。

对现有的文献检索发现，采用进给率规划方式来提高零件轮廓加工精度的研究相对较少。对数控加工进给率规划方法研究的相关专利“跃度约束的数控加工进给率的离线规划方法”，专利号为2014100130310，其核心是基于曲线演化技术实现进给率的适应性定制，但未涉及轮廓误差约束。文献“Smooth feedrate planning for continuous shortline tool path with contour error constraint”，Jingchuan Dong等，InternationalJournal of Machine Tools and Manufacture,2014,76:1-12，以限制轮廓加工误差为约束条件，提出了一种基于前瞻控制策略的进给率定制方法。该方法面向的是由微小直线段构成的离散加工路径，并未涉及由参数曲线表达的加工路径，且在规划中未涉及对机床各轴运动学特性的约束。针对参数加工路径的轮廓精度保证问题，本发明提出了一种旨在减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法。对于任意给定的以参数曲线表达的加工路径，该方法以降低轮廓误差为目标，同时考虑机床各轴的运动学特性约束，提出了可适用于高速加工的进给率松弛方法，并实现了用于表达进给率轮廓的B样条曲线的控制点的自适应配置，有效地保证了加工质量和精度。

发明内容

为提高零件轮廓加工精度，本发明提出了一种减小多轴加工轮廓误差的进给率松弛方法。考虑到机床各进轴运动速度、加速度过大会对加工过程的平稳性造成一定的影响，甚至降低零件的加工精度。因此，本发明在限制轮廓加工误差的前提下，对机床各轴的速度、加速度和加加速度也进行了约束，有效地保证了零件的加工精度和质量。