本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床加工精度提升，尤其涉及一種機(jī)床加工用刀補(bǔ)系統(tǒng)及其刀補(bǔ)方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)控機(jī)床加工精度提升技術(shù)領(lǐng)域包含機(jī)床結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運(yùn)動(dòng)控制精度提升、誤差補(bǔ)償及刀具補(bǔ)償?shù)确矫?。該技術(shù)領(lǐng)域的核心內(nèi)容在于通過(guò)優(yōu)化機(jī)床設(shè)計(jì)、提高伺服控制精度、應(yīng)用誤差補(bǔ)償算法等手段，以減少加工誤差、提升加工穩(wěn)定性和一致性。數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中受切削力、溫度變化、刀具磨損等因素影響，會(huì)產(chǎn)生加工誤差，為此，該領(lǐng)域圍繞誤差來(lái)源進(jìn)行補(bǔ)償，主要包括幾何誤差補(bǔ)償、熱誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償。幾何誤差補(bǔ)償是基于機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)修正坐標(biāo)系以減少機(jī)床固有誤差，熱誤差補(bǔ)償通過(guò)溫度傳感器檢測(cè)溫度變化并計(jì)算熱變形量以修正機(jī)床位移，刀具誤差補(bǔ)償針對(duì)刀具磨損、刀具裝夾誤差及刀具熱膨脹等因素進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算，以確保加工尺寸精度。

2、其中，機(jī)床加工用刀補(bǔ)系統(tǒng)是指用于針對(duì)數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中因刀具磨損、裝夾誤差及熱膨脹等因素導(dǎo)致的加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)南到y(tǒng)及方法。本刀補(bǔ)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)，結(jié)合預(yù)設(shè)的刀具補(bǔ)償參數(shù)及動(dòng)態(tài)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算刀具偏移量，并基于數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償指令調(diào)整刀具路徑。該方法首先通過(guò)傳感器獲取刀具磨損量或刀具實(shí)際尺寸，結(jié)合加工工件的公差要求，利用補(bǔ)償計(jì)算公式修正刀具位置，進(jìn)而修正刀具半徑或刀長(zhǎng)補(bǔ)償值，使加工軌跡保持在理論尺寸范圍內(nèi)。此外，該系統(tǒng)還采用數(shù)據(jù)采集模塊獲取實(shí)時(shí)加工數(shù)據(jù)，并通過(guò)計(jì)算模塊對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)刀具偏移量的動(dòng)態(tài)調(diào)整，最終將補(bǔ)償結(jié)果輸入至數(shù)控機(jī)床的刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)單元，以便機(jī)床控制系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的刀具補(bǔ)償操作。

3、現(xiàn)有技術(shù)依賴固定補(bǔ)償參數(shù)或周期性檢測(cè)刀具狀態(tài)，缺乏對(duì)實(shí)時(shí)加工狀態(tài)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力。刀具鋒利度的變化無(wú)法實(shí)時(shí)識(shí)別，導(dǎo)致切削阻力突變時(shí)加工軌跡調(diào)整滯后，產(chǎn)生路徑偏移。機(jī)床熱變形的補(bǔ)償采用靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，忽略溫升速率對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，未能根據(jù)加工過(guò)程的溫度變化進(jìn)行即時(shí)補(bǔ)償，導(dǎo)致高溫區(qū)域的加工精度下降。刀具路徑補(bǔ)償基于預(yù)設(shè)補(bǔ)償值，未考慮切削力變化和熱變形影響，在形狀復(fù)雜或材料變化顯著的工件加工中，路徑誤差易于累積。軌跡誤差修正未結(jié)合實(shí)時(shí)誤差分布，僅依賴固定補(bǔ)償模式，導(dǎo)致局部區(qū)域補(bǔ)償不足或過(guò)量，影響整體加工精度。這些問(wèn)題使現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中難以精準(zhǔn)控制誤差，影響加工一致性，并導(dǎo)致復(fù)雜工件加工過(guò)程中誤差逐步累積，降低成品精度和機(jī)床穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種機(jī)床加工用刀補(bǔ)系統(tǒng)及其刀補(bǔ)方法。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：一種機(jī)床加工用刀補(bǔ)系統(tǒng)包括：

3、切削負(fù)載監(jiān)測(cè)模塊獲取主軸電流傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提取主軸轉(zhuǎn)速偏移值、主軸扭矩變化量，分析切削阻力變化與主軸轉(zhuǎn)速偏移的關(guān)聯(lián)程度，篩選異常偏移點(diǎn)，判斷刀具鋒利度對(duì)切削負(fù)載的影響，計(jì)算刀具的受力變化趨勢(shì)，生成切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值；

4、機(jī)床熱變形檢測(cè)模塊調(diào)用所述切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值，獲取溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫升速率，判斷機(jī)床熱變形量，生成機(jī)床熱變形影響量；

5、刀具補(bǔ)償路徑計(jì)算模塊調(diào)用所述機(jī)床熱變形影響量，計(jì)算路徑誤差，分析偏移趨勢(shì)，計(jì)算補(bǔ)償路徑修正量，生成刀具補(bǔ)償路徑修正值；

6、軌跡誤差修正模塊調(diào)用所述刀具補(bǔ)償路徑修正值，分析軌跡誤差趨勢(shì)，篩選誤差變化區(qū)域，判斷軌跡偏移幅度，計(jì)算誤差修正參數(shù)，生成刀具軌跡誤差調(diào)整值；

7、刀具誤差補(bǔ)償執(zhí)行模塊調(diào)用所述刀具軌跡誤差調(diào)整值，計(jì)算軌跡誤差范圍，判斷補(bǔ)償路徑適應(yīng)情況，調(diào)整刀具補(bǔ)償存儲(chǔ)單元，生成刀具誤差補(bǔ)償執(zhí)行值。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值包括切削阻力變化率、主軸轉(zhuǎn)速變化幅度、刀具受力偏移比，所述機(jī)床熱變形影響量包括熱膨脹偏移值、溫升速率系數(shù)、熱變形影響系數(shù)，所述刀具補(bǔ)償路徑修正值包括路徑調(diào)整偏移值、補(bǔ)償位移修正參數(shù)、加工區(qū)域誤差補(bǔ)償比，所述刀具軌跡誤差調(diào)整值包括軌跡偏移修正參數(shù)、加工路徑變形量、軌跡補(bǔ)償調(diào)整系數(shù)，所述刀具誤差補(bǔ)償執(zhí)行值包括補(bǔ)償路徑存儲(chǔ)參數(shù)、誤差校正修正量、匹配度系數(shù)。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述切削負(fù)載監(jiān)測(cè)模塊包括主軸數(shù)據(jù)采集子模塊、切削阻力分析子模塊、刀具受力評(píng)估子模塊；

10、主軸數(shù)據(jù)采集子模塊獲取主軸電流傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提取主軸轉(zhuǎn)速偏移值、主軸扭矩變化量，分析轉(zhuǎn)速短時(shí)波動(dòng)范圍，并篩選轉(zhuǎn)速突變區(qū)間，分析扭矩變化趨勢(shì)與轉(zhuǎn)速偏移趨勢(shì)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，判斷主軸負(fù)載穩(wěn)定性，計(jì)算負(fù)載變化率，得到主軸負(fù)載波動(dòng)特征值；

11、切削阻力分析子模塊調(diào)用所述主軸負(fù)載波動(dòng)特征值，計(jì)算扭矩變化對(duì)切削阻力的影響，篩選切削力波動(dòng)異常點(diǎn)，判斷負(fù)載波動(dòng)幅度，得到切削阻力變化趨勢(shì)結(jié)果；

12、刀具受力評(píng)估子模塊調(diào)用所述切削阻力變化趨勢(shì)結(jié)果，計(jì)算刀具受力變化速率，篩選切削受力突變點(diǎn)，判斷刀具偏移區(qū)域，得到切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述主軸短時(shí)波動(dòng)值計(jì)算公式具體為：

14、

15、其中，δn代表主軸短時(shí)波動(dòng)值，ni代表第i個(gè)時(shí)間點(diǎn)的主軸轉(zhuǎn)速，代表主軸轉(zhuǎn)速的平均值，n代表總的采樣時(shí)間點(diǎn)個(gè)數(shù)，代表對(duì)i從1到n進(jìn)行求和運(yùn)算，代表單個(gè)時(shí)間點(diǎn)的轉(zhuǎn)速偏離量，代表轉(zhuǎn)速偏離值的平方和，代表相鄰時(shí)間點(diǎn)轉(zhuǎn)速變化的絕對(duì)值求和，代表開(kāi)平方運(yùn)算。

16、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述機(jī)床熱變形檢測(cè)模塊包括溫度數(shù)據(jù)采集子模塊、溫升速率計(jì)算子模塊、熱變形分析子模塊；

17、溫度數(shù)據(jù)采集子模塊基于所述切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值，獲取主軸、導(dǎo)軌、工作臺(tái)溫度傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提取部件的溫度變化值，計(jì)算時(shí)間區(qū)間的溫度波動(dòng)范圍，篩選溫度變化速率較大的工況數(shù)據(jù)，判斷溫度波動(dòng)趨勢(shì)，計(jì)算溫度變化的時(shí)間分布特性，分析熱量傳遞對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)的影響，得到機(jī)床部件溫度變化參數(shù)；

18、溫升速率計(jì)算子模塊調(diào)用所述機(jī)床部件溫度變化參數(shù)，計(jì)算主軸、導(dǎo)軌、工作臺(tái)的溫升速率，篩選異常溫升點(diǎn)，判斷機(jī)床局部溫度變化趨勢(shì)，得到機(jī)床溫升速率分布特性；

19、熱變形分析子模塊調(diào)用所述機(jī)床溫升速率分布特性，計(jì)算機(jī)床每個(gè)部件熱膨脹量，篩選熱變形趨勢(shì)，判斷熱變形對(duì)加工誤差的影響，得到機(jī)床熱變形影響量。

20、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述刀具補(bǔ)償路徑計(jì)算模塊包括路徑誤差計(jì)算子模塊、偏移趨勢(shì)分析子模塊、補(bǔ)償路徑修正子模塊；

21、路徑誤差計(jì)算子模塊調(diào)用所述機(jī)床熱變形影響量，計(jì)算加工路徑每個(gè)位置誤差分布，分析誤差值在切削區(qū)域的變化趨勢(shì)，篩選誤差幅度突出的區(qū)域，判斷誤差在工件輪廓范圍內(nèi)的偏移程度，計(jì)算加工軌跡誤差在差異化切削階段的變化速率，評(píng)估誤差累積對(duì)刀具路徑的影響，得到加工路徑誤差參數(shù)；

22、偏移趨勢(shì)分析子模塊調(diào)用所述加工路徑誤差參數(shù)，計(jì)算誤差偏移方向，篩選偏移趨勢(shì)明顯的路徑區(qū)域，判斷加工路徑調(diào)整需求，得到路徑偏移趨勢(shì)特征；

23、補(bǔ)償路徑修正子模塊調(diào)用所述路徑偏移趨勢(shì)特征，計(jì)算補(bǔ)償路徑調(diào)整幅度，判斷補(bǔ)償路徑修正后的誤差分布，計(jì)算調(diào)整后補(bǔ)償位移值，得到刀具補(bǔ)償路徑修正值。

24、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述調(diào)整后補(bǔ)償位移值計(jì)算公式具體為：

25、

26、其中，δpc代表調(diào)整后補(bǔ)償位移值，pc,j代表第j個(gè)修正點(diǎn)的補(bǔ)償路徑偏移量，pc,j-1代表前一個(gè)修正點(diǎn)的補(bǔ)償路徑偏移量，代表所有修正點(diǎn)補(bǔ)償路徑偏移量的平均值，m代表補(bǔ)償路徑修正點(diǎn)的總數(shù)量，wc,j代表第j個(gè)修正點(diǎn)的權(quán)重系數(shù)。

27、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述軌跡誤差修正模塊包括誤差趨勢(shì)分析子模塊、誤差區(qū)域篩選子模塊、軌跡偏移調(diào)整子模塊；

28、誤差趨勢(shì)分析子模塊調(diào)用所述刀具補(bǔ)償路徑修正值，分析加工路徑誤差變化趨勢(shì)，計(jì)算誤差值在差異化切削區(qū)域的波動(dòng)范圍，篩選誤差累積速率較快的路徑段，判斷誤差變化對(duì)加工精度的影響，計(jì)算誤差偏移方向與路徑調(diào)整需求，評(píng)估軌跡誤差修正需求，得到軌跡誤差趨勢(shì)參數(shù)；

29、誤差區(qū)域篩選子模塊調(diào)用所述軌跡誤差趨勢(shì)參數(shù)，計(jì)算誤差分布特性，篩選誤差變化突出的區(qū)域，判斷誤差在路徑段的累積情況，得到誤差變化區(qū)域特征值；

30、軌跡偏移調(diào)整子模塊調(diào)用所述誤差變化區(qū)域特征值，計(jì)算軌跡偏移調(diào)整量，篩選調(diào)整范圍，判斷修正后誤差波動(dòng)趨勢(shì)，計(jì)算軌跡修正參數(shù)，得到刀具軌跡誤差調(diào)整值。

31、作為本發(fā)明的進(jìn)一步方案，所述刀具誤差補(bǔ)償執(zhí)行模塊包括誤差范圍計(jì)算子模塊、補(bǔ)償路徑匹配子模塊、補(bǔ)償存儲(chǔ)調(diào)整子模塊；

32、誤差范圍計(jì)算子模塊調(diào)用所述刀具軌跡誤差調(diào)整值，計(jì)算加工軌跡在差異化切削區(qū)域的誤差范圍并設(shè)置閾值，篩選誤差幅度變化突出的路徑段，判斷誤差累積對(duì)刀具軌跡的影響，計(jì)算誤差在差異化加工路徑的分布趨勢(shì)，分析誤差偏移對(duì)補(bǔ)償調(diào)整的需求，評(píng)估誤差修正范圍，得到軌跡誤差范圍參數(shù)；

33、補(bǔ)償路徑匹配子模塊調(diào)用所述軌跡誤差范圍參數(shù)，計(jì)算補(bǔ)償路徑的匹配情況，篩選誤差修正后補(bǔ)償路徑調(diào)整幅度較大的區(qū)域，判斷補(bǔ)償路徑匹配程度，得到補(bǔ)償路徑匹配參數(shù)；

34、補(bǔ)償存儲(chǔ)調(diào)整子模塊調(diào)用所述補(bǔ)償路徑匹配參數(shù)，計(jì)算補(bǔ)償存儲(chǔ)單元調(diào)整參數(shù)，篩選關(guān)鍵修正項(xiàng)，判斷存儲(chǔ)調(diào)整對(duì)補(bǔ)償精度的影響，得到刀具誤差補(bǔ)償執(zhí)行值。

35、一種機(jī)床加工用刀補(bǔ)方法，包括以下步驟：

36、s1：獲取主軸電流傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，提取主軸轉(zhuǎn)速偏移值、主軸扭矩變化量，分析切削阻力變化與主軸轉(zhuǎn)速偏移的關(guān)聯(lián)程度，判斷刀具鋒利度對(duì)切削負(fù)載的影響，計(jì)算刀具的受力變化趨勢(shì)，生成切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值；

37、s2：調(diào)用所述切削負(fù)載偏移趨勢(shì)值，獲取溫度數(shù)據(jù)，計(jì)算溫升速率，生成機(jī)床熱變形影響量；

38、s3：調(diào)用所述機(jī)床熱變形影響量，計(jì)算路徑誤差，分析偏移趨勢(shì)，生成刀具補(bǔ)償路徑修正值；

39、s4：調(diào)用所述刀具補(bǔ)償路徑修正值，分析軌跡誤差趨勢(shì)，篩選誤差變化區(qū)域，計(jì)算誤差修正參數(shù)，生成刀具軌跡誤差調(diào)整值；

40、s5：調(diào)用所述刀具軌跡誤差調(diào)整值，計(jì)算軌跡誤差范圍，判斷補(bǔ)償路徑適應(yīng)情況，生成刀具誤差補(bǔ)償執(zhí)行值。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果在于：

42、本發(fā)明中，通過(guò)切削負(fù)載監(jiān)測(cè)通過(guò)實(shí)時(shí)分析主軸電流傳感器數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確識(shí)別刀具受力變化與主軸轉(zhuǎn)速偏移關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損狀態(tài)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，結(jié)合機(jī)床溫度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)計(jì)算熱變形量并動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)償路徑，優(yōu)化補(bǔ)償策略以應(yīng)對(duì)熱變形對(duì)加工軌跡的實(shí)時(shí)影響，分析刀具補(bǔ)償路徑修正量和軌跡誤差趨勢(shì)，創(chuàng)新方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)加工路徑的精細(xì)調(diào)整，通過(guò)整合刀具磨損、機(jī)床熱變形以及路徑誤差的協(xié)同調(diào)整，有效降低了突發(fā)誤差，增強(qiáng)了加工過(guò)程的適應(yīng)性和一致性。