五轴数控机床轮廓误差计算和预测方法

轮廓误差是评价五轴数控机床加工性能的重要指标。为了计算和预测轮廓误差,提出了一种基于Simulink数字孪生(SDT)模型的计算和预测五轴机床轮廓误差的方法。首先,以“S”形试件为研究对象,利用UG软件得到了加工G代码和刀位信息,利用刀位点和刀具的几何关系计算得到了加工表面点云,同时考虑了刀具轨迹和刀轴姿态,根据NURBS曲面拟合方法,拟合出了理想和实际加工表面;然后,利用霍斯豪夫距离计算了预测点和实际加工表面的法向距离,即轮廓误差,同时在欧式空间中预测了非可展直纹面加工中出现的过切、欠切和奇异点缺陷,轮廓误差在69μm到241μm之间,表明实际加工特征和数字孪生模型预测结果一致;最后,利用残差平方和来评价拟合精度,计算了目标面平均轮廓误差。研究结果表明:五轴轮廓误差计算精度提高了37%,与雅克比矩阵方法相比,计算效率提高了25%,正反向计算误差在±0.6μm之内,证明了该方法的有效性。该结果可为后续机床数字孪生建模、轮廓误差计算与补偿提供一定的参考。