一种利用刀具接触点数据补偿和校正五轴加工非线性误差的集成方法

摘要 在当前的五轴计算机数控（CNC）加工中，仍然普遍使用微小的线性路径段作为理想刀具接触（CC）点轨迹的近似。然而，引入旋转轴导致实际CC点轨迹与理想轨迹之间存在偏差，从而产生非线性误差。本文提出了一种集成方法，用于补偿和校正与理想CC点轨迹的部件表面近似相关的轮廓误差和基于CC点数据中信息的CC点轨迹的非线性误差。通过分析五轴线性插补过程中刀具姿态与CC点路径之间的空间关系，选择两个包含CC点数据信息的相邻加工刀具位置作为五轴线性插补加工的起点和终点。插补过程中计算理想刀具中心点和实际CC点，以及实际CC点与理想CC点轨迹段之间的距离和垂直方向的单位向量。在综合误差补偿和校正阶段，所获得的单位向量用作误差补偿的方向向量，插补过程中的刀具中心点首先进行补偿和校正。这确保了实际CC点和轮廓曲线处于同一平面。轮廓误差的补偿方向通过起始/结束刀具轴向量和理想CC点轨迹向量计算。通过和差误差计算轮廓曲线的轮廓误差大小。对插补过程中刀具中心点进行第二次补偿和校正，最终实现非线性误差的综合补偿和校正。数据计算在MATLAB环境中使用实际加工数据进行。经过补偿和校正，轮廓误差降低了76%，CC点轨迹的非线性误差降至0.88μm以下，CC点轨迹的综合非线性误差从19μm降低到1.5μm，减少了93%。这在提高五轴CNC加工精度方面具有重要的实际价值。通过实际加工验证，使用本文所描述的方法后，平均表面粗糙度从1.133降至0.220μm，最大表面粗糙度从6.667降至1.240μm。这显著表明本文提出的补偿和校正方法能够显著提高加工零件的表面质量。