本文摘要：
本文針對大批量加工場景五軸數控系統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償算法。針對當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的估計與補償算法，具體成果如下：
(1)針對規劃路徑與實際軌跡無法進行時間映射從而導致誤差估計無法進行的問題，提出一種基于隱馬爾科夫模型的空間軌跡映射關系建立。通過引入路徑先后順序、笛卡爾空間距離和規劃點運動方向綜合考慮進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行實驗，驗證了空間對應的有效性與準確性。
(2)在空間關系建立的基礎上，提出一種針對五軸數控系統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，替代了傳統估計算法中以刀具位置在工件坐標系中的距離作為誤差估計的參考標準。以參考路徑離散點作為誤差估計的基準點，對整個空間域進行輪廓誤差估計。解決了部分側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控制方法失效的問題。采用錐形軌跡對提出的估計算法進行驗證，證明了當前算法相較于傳統算法有所改進。
(3)最后，將各個規劃點處估計的輪廓誤差，采用空間迭代學習補償算法，設置適合的學習率分別對刀具位置和方向輪廓誤差在規劃路徑上進行工件坐標系下笛卡爾空間的補償。對機床的運動學進行建模，將補償后的參考路徑經過運動學逆解生成補償后的單軸位移指令，通過修改加工指令實現整個補償過程。在多次迭代的過程中，將機床的重復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加工指令。
盡管本文針對多軸輪廓控制提出了一種可實現的控制方案，但是還有部分問題有待進一步研究以待改進：
(1)在本文的研究過程中，只能對多軸聯動過程中的重復性誤差進行控制，且實驗過程均在空載運行下進行，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行有效控制。(2)由于本文提出的誤差補償是在工件坐標系中進行，而后通過運動學轉化至伺服軸空間，故部分軌跡雖然在工件坐標系中較為光滑但補償后轉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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