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本文摘要：

本文针对大批量加工场景五轴数控系统的轮廓精度提高问题，提出了一系列基于加工指令的轮廓误差估计与补偿算法。针对当前轮廓控制算法在特殊轨迹处失效或偏差较大的问题提出了改进的估计与补偿算法，具体成果如下：

(1)针对规划路径与实际轨迹无法进行时间映射从而导致误差估计无法进行的问题，提出一种基于隐马尔科夫模型的空间轨迹映射关系建立。通过引入路径先后顺序、笛卡尔空间距离和规划点运动方向综合考虑进行多轴轨迹的空间匹配。同时，在二维平面轨迹和三维曲面轨迹上分别进行实验，验证了空间对应的有效性与准确性。

(2)在空间关系建立的基础上，提出一种针对五轴数控系统的综合刀具位置与方向的轮廓误差估计算法。提出一种误差相似评估函数，替代了传统估计算法中以刀具位置在工件坐标系中的距离作为误差估计的参考标准。以参考路径离散点作为误差估计的基准点，对整个空间域进行轮廓误差估计。解决了部分侧铣加工刀具位置变化缓慢而刀具方向变化剧烈的特殊加工场景下传统控制方法失效的问题。采用锥形轨迹对提出的估计算法进行验证，证明了当前算法相较于传统算法有所改进。

(3)最后，将各个规划点处估计的轮廓误差，采用空间迭代学习补偿算法，设置适合的学习率分别对刀具位置和方向轮廓误差在规划路径上进行工件坐标系下笛卡尔空间的补偿。对机床的运动学进行建模，将补偿后的参考路径经过运动学逆解生成补偿后的单轴位移指令，通过修改加工指令实现整个补偿过程。在多次迭代的过程中，将机床的重复性轮廓误差逐步降低，收敛至可接受范围，最终获得单一零件的较优加工指令。

尽管本文针对多轴轮廓控制提出了一种可实现的控制方案，但是还有部分问题有待进一步研究以待改进：

(1)在本文的研究过程中，只能对多轴联动过程中的重复性误差进行控制，且实验过程均在空载运行下进行，故对由于热误差、几何误差、切削力等因素造成的误差无法进行有效控制。(2)由于本文提出的误差补偿是在工件坐标系中进行，而后通过运动学转化至伺服轴空间，故部分轨迹虽然在工件坐标系中较为光滑但补偿后转化至轴空间可能造成伺服轴存在换向抖振情况，同样引起较大误差。