本發明涉及數控加工軟件技術領域，尤其涉及五軸水切割技術領域，具體是指一種AC五軸水切割誤差補償的方法及系統。

背景技術：

隨著水切割市場對加工工藝要求的增高，例如：要有更高精度的拼花工藝，水切割應用逐漸偏向五軸來滿足更高難度的工藝要求。

機床在組裝過程中不可避免的會出現機構誤差，機構誤差在五軸聯動加工時，會導致加工出來的工件變形，這種變形不僅是尺寸的整體放大或縮小，而是不同地方的變形方向和大小都跟當前旋轉軸的角度和大小有關，所以補償功能顯得極為重要。

五軸機床由于結構復雜，導致可能出現多種誤差，而想分別準確的測量出各誤差大小是非常困難的。

技術實現要素：

本發明的目的是克服了上述現有技術的缺點，提供了一種能夠實現對機構誤差進行補償的AC五軸水切割誤差補償的方法及系統。

為了實現上述目的，本發明具有如下構成：

該AC五軸水切割誤差補償的方法，包括以下步驟：

(1)確定第一試切刀路并按照所述的第一試切刀路垂直加工出第一工件，所述的第一工件為柱體，且所述的柱體的俯視面至少包括第一矩形、第二矩形和第三矩形，所述的第一矩形與所述的第三矩形相互平行且均與所述的第二矩形垂直連接，并位于所述的第二矩形的兩側；

(2)按照所述的第一試切刀路以傾角V₁加工出第二工件；

(3)將所述的俯視面軸對稱并逆時針旋轉90°作為第二試切刀路，并按照所述的第二試切刀路以傾角V₁加工出第三工件；

(4)分別測量所述的第一工件、第二工件和第三工件的第二矩形的寬度，并分別記為L₁、L₂和L₃，將刀頭結構中A軸與C軸的夾角記錄為V₂；

(5)根據V₁、V₂、L₁、L₂和L₃進行誤差補償。

較佳地，所述的步驟(5)包括以下步驟：

(4-1)根據以下公式計算刀軸矢量IJK：

IJK[i](0,0)＝tan(V₃)*Vec[i](0,0)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,1)＝tan(V₃)*Vec[i](0,1)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,2)＝-1；

其中，Vec[i](i＝0,1)為Vec數組的第i個元素，且Vec[0]＝[-1,1]，Vec[1]＝[1,-1]，Vec[i]為XoY平面上的方向矢量，V₃為所述的方向矢量與Z軸的夾角，i＝1,2，IJK[i](j,k)為矩陣IJK[i]中的第j行第k列元素，j＝0,k＝1,2,3，|Vec[i]|為向量的模長；

(4-2)根據刀軸矢量IJK分別求出對應的A軸和C軸轉角ABC，其中ABC[i](0,0)為ABC第i個元素的A軸轉角，ABC[i](0,2)為ABC第i個元素的C軸轉角，ABC[i](0,1)＝0；

(4-3)根據V₂和ABC求出旋轉矩陣Rot；

(4-4)根據以下公式計算變換系數Coe：

Coe＝Rot[0]-Rot[1]；

(4-5)根據以下公式計算尺寸變化值C：

C[0]＝L2-L1；

C[1]＝L3-L1；

(4-6)根據以下公式計算誤差值E：

E[0]＝Nx/Dx；

E[1]＝-Ny/Dx；

E[2]＝0；

Nx＝C[0]*Coe(1,1)-C[1]*Coe(0,1)；

Ny＝C[0]*Coe(1,0)-C[1]*Coe(0,0)，Dx＝Coe(0,0)*Coe(1,1)-Coe(1,0)*Coe(0,1)；

(4-7)令插補前后的AC轉角分別為ABC_p和ABC_n，根據ABC_p和ABC_n得到插補前后的的旋轉矩陣Rot_p和Rot_n；

(4-8)根據以下公式計算補償量Comp：

Comp＝E*(Rot_p-Rot_n)。

還包括一種通過上述方法實現AC五軸水切割誤差補償的系統，所述的系統包括：

五軸機床，用于通過無刀長AC五軸水切割頭加工工件；

誤差補償模塊，用于計算誤差和補償量，并控制五軸機床；

所述的計算誤差和補償量，具體為：

(1)確定第一試切刀路并按照所述的第一試切刀路垂直加工出第一工件，所述的第一工件為柱體，且所述的柱體的俯視面至少包括第一矩形、第二矩形和第三矩形，所述的第一矩形與所述的第三矩形相互平行且均與所述的第二矩形垂直連接，并位于所述的第二矩形的兩側；

(2)按照所述的第一試切刀路以傾角V₁加工出第二工件；

(3)將所述的俯視面軸對稱并逆時針旋轉90°作為第二試切刀路，并按照所述的第二試切刀路以傾角V₁加工出第三工件；

(4)分別測量所述的第一工件、第二工件和第三工件的第二矩形的寬度，并分別記為L₁、L₂和L₃，將刀頭結構中A軸與C軸的夾角記錄為V₂；

(5)根據V₁、V₂、L₁、L₂和L₃進行誤差補償。

較佳地，所述的根據V₁、V₂、L₁、L₂和L₃進行誤差補償，具體為：

(4-1)根據以下公式計算刀軸矢量IJK：

IJK[i](0,0)＝tan(V₃)*Vec[i](0,0)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,1)＝tan(V₃)*Vec[i](0,1)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,2)＝-1；

其中，Vec[i](i＝0,1)為Vec數組的第i個元素，且Vec[0]＝[-1,1]，Vec[1]＝[1,-1]，Vec[i]為XoY平面上的方向矢量，V₃為所述的方向矢量與Z軸的夾角，i＝1,2，IJK[i](j,k)為矩陣IJK[i]中的第j行第k列元素，j＝0,k＝1,2,3，|Vec[i]|為向量的模長；

(4-2)根據刀軸矢量IJK分別求出對應的A軸和C軸轉角ABC，其中ABC[i](0,0)為ABC第i個元素的A軸轉角，ABC[i](0,2)為ABC第i個元素的C軸轉角，ABC[i](0,1)＝0；

(4-3)根據V₂和ABC求出旋轉矩陣Rot；

(4-4)根據以下公式計算變換系數Coe：

Coe＝Rot[0]-Rot[1]；

(4-5)根據以下公式計算尺寸變化值C：

C[0]＝L2-L1；

C[1]＝L3-L1；

(4-6)根據以下公式計算誤差值E：

E[0]＝Nx/Dx；

E[1]＝-Ny/Dx；

E[2]＝0；

Nx＝C[0]*Coe(1,1)-C[1]*Coe(0,1)；

Ny＝C[0]*Coe(1,0)-C[1]*Coe(0,0)；Dx＝Coe(0,0)*Coe(1,1)-Coe(1,0)*Coe(0,1)；

(4-7)令插補前后的AC轉角分別為ABC_p和ABC_n，根據ABC_p和ABC_n得到插補前后的的旋轉矩陣Rot_p和Rot_n；

(4-8)根據以下公式計算補償量Comp：

Comp＝E*(Rot_p-Rot_n)。

采用了該發明中的AC五軸水切割誤差補償的方法及系統，解決了無刀長AC五軸水切割頭機構誤差帶來的加工變形問題，通過更高精度的加工工藝使得五軸水切割具有更廣泛的應用范圍。

附圖說明

圖1為本發明的AC五軸水切割誤差補償的方法的第一試切刀路的俯視面示意圖。

圖2為本發明的AC五軸水切割誤差補償的方法的第二試切刀路的俯視面示意圖。

圖3為本發明的AC五軸水切割誤差補償的系統的五軸機床的示意圖。

具體實施方式

為了能夠更清楚地描述本發明的技術內容，下面結合具體實施例來進行進一步的描述。

該AC五軸水切割誤差補償的方法，包括以下步驟：

(1)確定第一試切刀路并按照所述的第一試切刀路垂直加工出第一工件，所述的第一工件為柱體，且所述的柱體的俯視面至少包括第一矩形、第二矩形和第三矩形，所述的第一矩形與所述的第三矩形相互平行且均與所述的第二矩形垂直連接，并位于所述的第二矩形的兩側；

(2)按照所述的第一試切刀路以傾角V₁加工出第二工件；

(3)將所述的俯視面軸對稱并逆時針旋轉90°作為第二試切刀路，并按照所述的第二試切刀路以傾角V₁加工出第三工件；

(4)分別測量所述的第一工件、第二工件和第三工件的第二矩形的寬度，并分別記為L₁、L₂和L₃，將刀頭結構中A軸與C軸的夾角記錄為V₂；

(5)根據V₁、V₂、L₁、L₂和L₃進行誤差補償。

較佳地，所述的步驟(5)包括以下步驟：

(4-1)根據以下公式計算刀軸矢量IJK：

IJK[i](0,0)＝tan(V₃)*Vec[i](0,0)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,1)＝tan(V₃)*Vec[i](0,1)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,2)＝-1；

其中，Vec[i](i＝0,1)為Vec數組的第i個元素，且Vec[0]＝[-1,1]，Vec[1]＝[1,-1]，Vec[i]為XoY平面上的方向矢量，V₃為所述的方向矢量與Z軸的夾角，i＝1,2，IJK[i](j,k)為矩陣IJK[i]中的第j行第k列元素，j＝0,k＝1,2,3，|Vec[i]|為向量的模長；

(4-2)根據刀軸矢量IJK分別求出對應的A軸和C軸轉角ABC，其中ABC[i](0,0)為ABC第i個元素的A軸轉角，ABC[i](0,2)為ABC第i個元素的C軸轉角，ABC[i](0,1)＝0；

(4-3)根據V₂和ABC求出旋轉矩陣Rot；

(4-4)根據以下公式計算變換系數Coe：

Coe＝Rot[0]-Rot[1]；

(4-5)根據以下公式計算尺寸變化值C：

C[0]＝L2-L1；

C[1]＝L3-L1；

(4-6)根據以下公式計算誤差值E：

E[0]＝Nx/Dx；

E[1]＝-Ny/Dx；

E[2]＝0；

Nx＝C[0]*Coe(1,1)-C[1]*Coe(0,1)；

Ny＝C[0]*Coe(1,0)-C[1]*Coe(0,0)；Dx＝Coe(0,0)*Coe(1,1)-Coe(1,0)*Coe(0,1)；

(4-7)令插補前后的AC轉角分別為ABC_p和ABC_n，根據ABC_p和ABC_n得到插補前后的的旋轉矩陣Rot_p和Rot_n；

(4-8)根據以下公式計算補償量Comp：

Comp＝E*(Rot_p-Rot_n)。

還包括一種通過上述方法實現AC五軸水切割誤差補償的系統，所述的系統包括：

五軸機床，用于通過無刀長AC五軸水切割頭加工工件；

誤差補償模塊，用于計算誤差和補償量，并控制五軸機床；

所述的計算誤差和補償量，具體為：

(1)確定第一試切刀路并按照所述的第一試切刀路垂直加工出第一工件，所述的第一工件為柱體，且所述的柱體的俯視面至少包括第一矩形、第二矩形和第三矩形，所述的第一矩形與所述的第三矩形相互平行且均與所述的第二矩形垂直連接，并位于所述的第二矩形的兩側；

(2)按照所述的第一試切刀路以傾角V₁加工出第二工件；

(3)將所述的俯視面軸對稱并逆時針旋轉90°作為第二試切刀路，并按照所述的第二試切刀路以傾角V₁加工出第三工件；

(4)分別測量所述的第一工件、第二工件和第三工件的第二矩形的寬度，并分別記為L₁、L₂和L₃，將刀頭結構中A軸與C軸的夾角記錄為V₂；

(5)根據V₁、V₂、L₁、L₂和L₃進行誤差補償。

較佳地，所述的根據V₁、V₂、L₁、L₂和L₃進行誤差補償，具體為：

(4-1)根據以下公式計算刀軸矢量IJK：

IJK[i](0,0)＝tan(V₃)*Vec[i](0,0)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,1)＝tan(V₃)*Vec[i](0,1)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,2)＝-1；

其中，Vec[i](i＝0,1)為Vec數組的第i個元素，且Vec[0]＝[-1,1]，Vec[1]＝[1,-1]，Vec[i]為XoY平面上的方向矢量，V₃為所述的方向矢量與Z軸的夾角，i＝1,2，IJK[i](j,k)為矩陣IJK[i]中的第j行第k列元素，j＝0,k＝1,2,3，|Vec[i]|為向量的模長；

(4-2)根據刀軸矢量IJK分別求出對應的A軸和C軸轉角ABC，其中ABC[i](0,0)為ABC第i個元素的A軸轉角，ABC[i](0,2)為ABC第i個元素的C軸轉角，ABC[i](0,1)＝0；

(4-3)根據V₂和ABC求出旋轉矩陣Rot；

(4-4)根據以下公式計算變換系數Coe：

Coe＝Rot[0]-Rot[1]；

(4-5)根據以下公式計算尺寸變化值C：

C[0]＝L2-L1；

C[1]＝L3-L1；

(4-6)根據以下公式計算誤差值E：

E[0]＝Nx/Dx；

E[1]＝-Ny/Dx；

E[2]＝0；

Nx＝C[0]*Coe(1,1)-C[1]*Coe(0,1)；

Ny＝C[0]*Coe(1,0)-C[1]*Coe(0,0)，Dx＝Coe(0,0)*Coe(1,1)-Coe(1,0)*Coe(0,1)；

(4-7)令插補前后的AC轉角分別為ABC_p和ABC_n，根據ABC_p和ABC_n得到插補前后的的旋轉矩陣Rot_p和Rot_n；

(4-8)根據以下公式計算補償量Comp：

Comp＝E*(Rot_p-Rot_n)。

在一種具體的實施方式中，垂直加工如圖1所示的試切刀路，把加工出來的工件的A的寬度值測量出來，記錄為L₁；

1、帶傾角V₁地加工如圖1和圖2所示的試切刀路，把加工出來的工件的A、C的寬度值測量出來，記錄為L₂、L₃，刀頭結構中A軸與C軸的夾角記錄為V₂；

2、Vec是一個數組，Vec[i](i＝0,1)表示Vec數組的第i個元素，且Vec[0]＝[-1,1]，Vec[1]＝[1,-1]，Vec[i]表示XoY平面上的方向矢量，用該方向矢量以及與Z軸夾角就可以求出對應的刀軸矢量IJK。IJK也是數組，對應Vec。其中：

IJK[i](0,0)＝tan(V₃)*Vec[i](0,0)/|Vec[i]|；

IJK[i](0,1)＝tan(V₃)*Vec[i](0,1)/|Vec[i]|，

IJK[i](0,2)＝-1，

其中i＝1,2，IJK[i](j,k)表示IJK[i]是一個矩陣，取該矩陣中的第j行第k列元素，j＝0,k＝1,2,3，|Vec[i]|表示向量的模長；

3、根據刀軸矢量IJK分別求出對應的A軸和C軸轉角ABC，ABC也是數組，其中ABC[i](0,0)表示ABC第i個元素的A軸轉角，ABC[i](0,2)表示ABC第i個元素的C軸轉角，ABC[i](0,1)＝0；

4、根據A軸與C軸的夾角V₂和上面求出的轉角ABC，分別求出旋轉矩陣Rot，Rot也是數組；

5、根據兩個旋轉矩陣求出變換系數Coe＝Rot[0]-Rot[1]，Coe是一個3*3維的矩陣；

6、根據L1、L2、L3求出兩個尺寸變化值C，C也是數組，其中C[0]＝L2-L1，C[1]＝L3-L1；

7、根據變換矩陣和尺寸變化值就能得到誤差值E，E也是數組，其中

E[0]＝Nx/Dx；

E[1]＝-Ny/Dx；

E[2]＝0；

Nx＝C[0]*Coe(1,1)-C[1]*Coe(0,1)；

Ny＝C[0]*Coe(1,0)-C[1]*Coe(0,0)；

Dx＝Coe(0,0)*Coe(1,1)-Coe(1,0)*Coe(0,1)；

8、在插補過程中，每個插補命令中有各個軸在當前插補周期中的位移，即Step，Step[0]表示X軸的位移，Step[1]表示Y軸的位移，Step[2]表示Z軸的位移，Step[3]表示A軸的位移，Step[4]表示C軸的位，已知每個插補命令Step前的機床各個軸的當前機械坐標，再根據Step也就能知道插補后的各個軸的機械坐標，令插補前后的AC轉角分別為ABC_p和ABC_n，分別得到對應的旋轉矩陣Rot_p和Rot_n，也就能求得每個插補命令的補償量Comp＝E*(Rot_p-Rot_n)，然后令真實發送的各個軸的插補位移為：

Step_t(0,0:2)＝Step(0,0:2)+Comp；

Step_t(0,3:4)＝Step(0,3:4)；

其中：Step_t(k,i:j)＝[Step_t(k,i),Step_t(k,i+1),...,Step_t(k,j)]表示第k行第i列到第j列元素組成的矩陣。

本發明的AC五軸水切割誤差補償的系統的五軸機床如圖3所示。

采用了該發明中的AC五軸水切割誤差補償的方法及系統，解決了無刀長AC五軸水切割頭機構誤差帶來的加工變形問題，通過更高精度的加工工藝使得五軸水切割具有更廣泛的應用范圍。

在此說明書中，本發明已參照其特定的實施例作了描述。但是，很顯然仍可以作出各種修改和變換而不背離本發明的精神和范圍。因此，說明書和附圖應被認為是說明性的而非限制性的。