基于修改NC程序的加工中心软件误差补偿技术_于长有.pdf

收稿日期：；修回日期：基金项目：芜湖职业技术学院自然重点项目（）；年安徽省质量工程项目（）作者简介：于长有（），男，辽宁丹东人，硕士，副教授，主要从事数控加工、精密检测方面的教学与研究。第 卷第期安徽水利水电职业技术学院学报 年月 基于修改 程序的加工中心软件误差补偿技术于长有，张丽（芜湖职业技术学院，安徽 芜湖 ）摘要：文章采用水平分割法确定误差补偿点，对种运动指令修改算法，实现定位指令、直线插补指令和圆弧插补指令的算法修改。在 系统 立式加工中心上运行基于修改 程序的误差补偿软件，进行对比验证，结果表明补偿后加工精度提高 左右。关键词：加工中心；程序；软件；误差补偿 ：中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；现代制造技术对数控机床加工精度要求越来越高，提高机床加工精度有两种基本途径：误差预防和软件补偿，误差预防法属于“硬件技术”，虽然可以根本上解决机床精度不高的问题，但投入巨大，经济性差。软件补偿法是应用软件，产生可以抵消机床原始误差的人为误差，从而提高机床加工精度，因其经济性好、通用性高而被广泛应用。软件误差补偿过程通常包括建立数控机床误差模型、误差参数检测与辨识、误差补偿等几个基本环节。目前国内软件补偿有几种方法，其中修改 程序法是经济有效的一种，该方法是根据数控机床误差模型和误差数据，通过修改理论数控程序，驱动刀具和工件在机床空间误差逆方向上产生相对运动，达到减小加工误差的目的。修改法补偿原理 修改法是根据数控机床误差模型，确定机床各个轴方向的误差值，通过对数控指令进行修改，控制机床各运动轴伺服电机在相应轴方向产生大小相等、方向相反的人为误差抵消机床的原始误差，使实际刀具轨迹与刀具路径相吻合，实现误差补偿。根据数控机床误差模型及线法测量的 项数控机床原始误差，可以计算机床系统中任一点的综合几何误差值，利用 程序中的点补偿原理，对原始程序中的运动指令（定位指令、直线插补指令及圆弧插补指令）进行修正。根据补偿过程，刀具轨迹可以分成理想刀具轨迹、补偿前刀具轨迹和补偿后刀具轨迹种。假定点（、）为理想刀具轨迹上的任意点，其定位误差为（），将误差分解，获得、轴上对应的误差分别为（）、（）、（）。若补偿前刀具实际到达点为（、），补偿后刀具期望到达点为（、），补偿后刀具实际到达点为（、），则有：（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）以上算式可以看出，补偿后刀具轨迹点的精度明显有所提高。确定误差补偿点软件误差补偿需要确定误差补偿点，对数控机床误差曲线进行不同方式的离散，即在误差补偿点处对误差曲线进行分割，以便进行误差补偿。确定补偿点主要有两种方法：垂直分割法和水平分割法。垂直分割法在补偿点选取有限的情况下难以保证加工精度；水平分割法可以有效保证补偿点处及补偿点间的补偿精度，因而应用广泛，但计算过程相对复杂。图递增误差曲线水平分割法原理图递增误差曲线的水平分割法如图 所示，用水平线来分割误差曲线，在累计误差超过偏差处设置补偿点。水平方向上，先确定第个补偿点对其进行补偿，补偿后其残余误差变为零，再确定为第个补偿点对其进行补偿，使其残余误控制在以内，这样、间的误差曲线则平移到图中的曲线位置，且两点的误差小于。依此确定图中后续各个补偿点，并保证偿点之间的残余误差小于。对应递减误差曲线补偿点的确定，方法类似。数控指令修改算法数控程序基本运动指令包括定位指令、直线插补指令和圆弧插补指令种。定位指令修改算法假设目标点为，对应的误差为（），实际到达位置为，补偿后目标位置为，符号中为补偿次数，当时，根据图所示，补偿前实际到达位置为：（）（）当时不补偿，当时，第次补偿，补偿后为：第期于长有，等：基于修改 程序的加工中心软件误差补偿技术（）（）图定位指令误差补偿示意图根据误差模型计算第次补偿后的点处的误差为（），补偿后刀具实际到达点为，则有：（）（）第次补偿后的残差为：（）（）（）当 时，补偿结束，当 时，重复公式（）、（）、（）过程进行第次补偿，如此往复，直至第次补偿后残差 为止，由此可得递归运算如下：（）（）直线插补指令修改算法图直线插补误差补偿点确定示意图假设直线的起点为（、）、终点为（、），采用水平分割法，其补偿点、的确定如图所示。补偿时，在、轴上对直线等间距取点，由此，可得刀具自起点开始，沿直线运动到第点的坐标为：（）其中，、分别为刀具沿、轴上的增量。从，即起点开始，判断直线上某点的误差是否超出控制精度，假定直线上某点（、），其对应的、轴上的误差分别为（）、（）、（），若（），（）且（），该点不补偿，进入下一点判断；若某个轴的误差超出控制范围，则对该轴进行误差补偿，如（），即对轴进行补偿，一次补偿后期望到达目标点 的坐标为：（）（）根据公式（）、（）计算补偿后的残差，再次进行补偿判断，当 时，补偿结束，当 时，进行二次补偿。如此递归循环，判别计算直线上每个划分点，直至到达直线终点。直线插补经过补偿后，刀具轨迹示意图如图所示。图直线插补误差补偿后轨迹示意图 圆弧插补指令修改算法如图所示，在 平面有一顺时针圆弧，起点为，终点为，圆心为，坐标为（、），半径为，将圆弧按等角度间距 划分，假定点（、）为圆弧上第个划分点，用参数方程表示为：安徽水利水电职业技术学院学报第 卷图圆弧插补误差补偿点确定示意图 （）（）（）其中，为终点与圆心的连线和轴正方向所夹的角度。从，即起点开始，判断圆弧起点的误差是否超出控制精度，由误差模型求得对应的、轴上的误差分别为（）、（），若（），（），该点不补偿，进入下一点判断；若某个轴的误差超出控制范围，则需对该轴进行补偿。假设（），（），补偿后有：（）（）（）其中，、为起点的、坐标。根据公式（）、（）计算补偿后残差，进行二次补偿判断，当 时，补偿结束，当 时，进行二次补偿。如此，递归循环圆弧上每个划分点，直至终点。圆弧插补经过补偿后，刀具轨迹示意图如图所示。图圆弧插补误差补偿后轨迹示意图需要注意，补偿后圆心坐标和半径也发生变化，需要利用补偿后的点来重新计算圆半径。若一次补偿后即满足限定条件，则补偿后的半径为：（）（）（）补偿实例使用 在 环境下开发基于修改 程序的误差补偿软件。该软件具有机床建模、误差参数辨识、指令修改及轨迹仿真等功能，可根据机床的误差模型，对用户输入的 指令进行修改，用补偿后的新程序驱动机床加工，达到提高加工精度目的。以 系统 立式加工中心加工图零件为例，原始 程序与补偿后 程序如图所示，可见补偿后 程序中刀具运动点大量增多，使实际刀具轨迹更接近理想刀具轨迹。第期于长有，等：基于修改 程序的加工中心软件误差补偿技术图加工零件图图修正数控指令界面分别用原始 程序与补偿后 程序试切法加工出两个零件，利用三坐标测量仪检测未补偿工件、补偿后工件对应的三角形、边的直线度误差，检测结果如表所列。表未补偿、补偿后工件加工误差检测结果检测对象直线度误差未补偿工件补偿后工件备注边（轴）、单轴运动补偿效果边（轴）边（、两轴）双轴联动补偿效果表数据表明，系统 立式加工中心在采用软件误差补偿后，单、双轴的加工精度提升 左右。结束语基于修改 程序软件误差补偿法，通常用于系统误差稳定的数控机床非实时补偿场合。对该补偿法的核心内容进行研究，应用误差补偿软件，通过加工中心误差模型计算误差补偿量，对试验零件的 加工程序进行修改，生成新的精加工程序，并在真实机床上加工验证，结果表明，该补偿法对于提升老旧数控机床的加工精度效果明显。参考文献杜正春，范开国，杨建国数控机床误差实时补偿技术及应用北京：机械工业出版社，程天鹏 提高数控机床机械加工精度中误差补偿的应用探讨 时代农机，（）：高兴，佟浩，周雷，等基于代码修改的数控机床几何误差补偿方法制造技术与机床，（）：王超三轴数控机床空间误差测量、建模与补偿关键技术研究武汉：华中科技大学，余文利，邓小雷，谢长雄，等基于 优化 代码的五轴数控机床几何误差补偿方法制造技术与机床，（）：胡世军，刘学，王广恩，等 基于数控程序重构的加工中心误差软件补偿技术 机械制造，（）：李欢铃 基于多体理论的数控机床几何误差补偿技术的研究 南京：南京航空航天大学，于长有，张丽基于修改 数据的数控机床软件误差补偿技术研究巢湖学院学报，（）：（责任编辑汪明磊）安徽水利水电职业技术学院学报第 卷