本文摘要：
本文針對大批量加工場景五軸數(shù)控系統(tǒng)的輪廓精度提高問題，提出了一系列基于加工指令的輪廓誤差估計與補(bǔ)償算法。針對當(dāng)前輪廓控制算法在特殊軌跡處失效或偏差較大的問題提出了改進(jìn)的估計與補(bǔ)償算法，具體成果如下：
(1)針對規(guī)劃路徑與實際軌跡無法進(jìn)行時間映射從而導(dǎo)致誤差估計無法進(jìn)行的問題，提出一種基于隱馬爾科夫模型的空間軌跡映射關(guān)系建立。通過引入路徑先后順序、笛卡爾空間距離和規(guī)劃點(diǎn)運(yùn)動方向綜合考慮進(jìn)行多軸軌跡的空間匹配。同時，在二維平面軌跡和三維曲面軌跡上分別進(jìn)行實驗，驗證了空間對應(yīng)的有效性與準(zhǔn)確性。
(2)在空間關(guān)系建立的基礎(chǔ)上，提出一種針對五軸數(shù)控系統(tǒng)的綜合刀具位置與方向的輪廓誤差估計算法。提出一種誤差相似評估函數(shù)，替代了傳統(tǒng)估計算法中以刀具位置在工件坐標(biāo)系中的距離作為誤差估計的參考標(biāo)準(zhǔn)。以參考路徑離散點(diǎn)作為誤差估計的基準(zhǔn)點(diǎn)，對整個空間域進(jìn)行輪廓誤差估計。解決了部分側(cè)銑加工刀具位置變化緩慢而刀具方向變化劇烈的特殊加工場景下傳統(tǒng)控制方法失效的問題。采用錐形軌跡對提出的估計算法進(jìn)行驗證，證明了當(dāng)前算法相較于傳統(tǒng)算法有所改進(jìn)。
(3)最后，將各個規(guī)劃點(diǎn)處估計的輪廓誤差，采用空間迭代學(xué)習(xí)補(bǔ)償算法，設(shè)置適合的學(xué)習(xí)率分別對刀具位置和方向輪廓誤差在規(guī)劃路徑上進(jìn)行工件坐標(biāo)系下笛卡爾空間的補(bǔ)償。對機(jī)床的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行建模，將補(bǔ)償后的參考路徑經(jīng)過運(yùn)動學(xué)逆解生成補(bǔ)償后的單軸位移指令，通過修改加工指令實現(xiàn)整個補(bǔ)償過程。在多次迭代的過程中，將機(jī)床的重復(fù)性輪廓誤差逐步降低，收斂至可接受范圍，最終獲得單一零件的較優(yōu)加工指令。
盡管本文針對多軸輪廓控制提出了一種可實現(xiàn)的控制方案，但是還有部分問題有待進(jìn)一步研究以待改進(jìn)：
(1)在本文的研究過程中，只能對多軸聯(lián)動過程中的重復(fù)性誤差進(jìn)行控制，且實驗過程均在空載運(yùn)行下進(jìn)行，故對由于熱誤差、幾何誤差、切削力等因素造成的誤差無法進(jìn)行有效控制。(2)由于本文提出的誤差補(bǔ)償是在工件坐標(biāo)系中進(jìn)行，而后通過運(yùn)動學(xué)轉(zhuǎn)化至伺服軸空間，故部分軌跡雖然在工件坐標(biāo)系中較為光滑但補(bǔ)償后轉(zhuǎn)化至軸空間可能造成伺服軸存在換向抖振情況，同樣引起較大誤差。
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