本发明涉及数控加工，尤其涉及一种高能束直纹面刀轴矢量优化方法、装置及设备。
背景技术：
1、数控技术是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志之一，更是体现一个机械制造企业技术水平的重要标志。数控技术的迅速发展，己经给传统的机械设计和制造方式带来了根本性的变革。特别是现代多轴数控机床的广泛使用，借助计算机辅助编程工具，大幅度缩短了产品的制造周期，提高了企业的竞争力。按照加工刀具而言，直纹面加工可以分为刚性刀具加工、软性刀具加工。例如，水射流切割、激光切割、等离子弧切割、电火花线切割都属于“软刀子”直纹面加工，也即软性刀具直纹面加工；铣刀则为刚性刀具。
2、在目前的三维cam(computeraidedmanufacturing，计算机辅助制造)软件中，上述的“软刀子”直纹面加工的编程是通过在工件的三维图形中把加工面进行排序和刀补偏移后，把加工面的上沿曲线和下沿曲线切分成一系列直线段(粗插补)，把该直线段端点的加工矢量的空间角度，连同端点的坐标和该加工矢量的运行速度，写到一行程序代码(比如g代码，g代码是数控程序中的指令。一般都称为g指令，整个程序的代码在cnc(computernumericalcontrol，计算机数控)数控系统的下位机(运动控制器)中进行插补计算，形成每个运动轴所需要的运动命令。
3、但是目前的三维cam软件在直纹面加工上的应用还是存在一些问题：与铣刀等相对刚性的刀具不同，“软刀子”直纹面加工，在其工艺过程中不考虑工艺变量时易产生误差，如射流在切割时向后弯曲，切割过程中射流的弯曲度取决于工件参数、切割速度和射流参数，切缝的宽度也随厚度方向而变化，如“锥度”误差。若不把这些工艺过程变量考虑进去，仅采用这种柔性刀具精确加工零件是非常困难的，容易在加工过程中产生误差。
4、申请号为201710543378x，专利名称为一种直纹面加工路径生成方法、装置及设备，记载了：当所述数学模型包括所述目标直面纹的上沿曲线数学模型、下沿曲线数学模型、上沿曲线与下沿曲线的关联函数时，所述确定在加工路径各处的当前空间角度以及实际切割厚度的步骤，包括：在加工路径各处对所述上沿曲线进行插补切分，得到第一位置点；根据所述关联函数找到下沿曲线对应的第二位置点；根据所述第一位置点与所述第二位置点构成的当前加工矢量计算当前空间角度以及所述第一位置点与所述第二位置点之间的实际切割厚度。”，该专利在加工过程中随着切割点参数的变化而动态变化，从而容易产生切割误差。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种高能束直纹面刀轴矢量优化方法、装置及设备，在初始刀轴矢量的基础上增加的了数学模型计算出相应后拖量及锥度，进行反向补偿，从而能有效补偿加工过程中带来的误差，并得到最优刀轴矢量。
2、本发明提供了一种高能束直纹面刀轴矢量优化方法，包括：
3、根据待加工直纹面的母线或者预设切割方向确定初始刀轴矢量；
4、判断按照所述初始刀轴矢量和工件模型生成加工路径并执行加工过程中所述初始刀轴矢量是否产生加工路径偏移；
5、在所述初始刀轴矢量发生加工路径偏移的情况下，调用预测数学模型预测加工过程中按照初始刀轴矢量方向进行加工时会造成的加工纵向及侧向误差；
6、基于预测数学模型和预设的工艺参数计算得到需要反向补偿的偏移量，根据所述反向补偿的偏移量对偏移后的所述初始刀轴矢量进行优化来有效补偿加工过程中带来的误差，得到最优的刀轴矢量。
7、作为优选地，所述基于预测数学模型和预设的工艺参数计算得到需要反向补偿的偏移量，根据所述反向补偿的偏移量对偏移后的所述初始刀轴矢量进行优化来有效补偿加工过程中带来的误差进一步包括：
8、调用第一预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的后拖量，进而计算出沿切割进给方向需要摆动的第一角度来进行反向补偿；
9、获取初始刀轴矢量沿切割进给方向的第一分量，并根据所述第一角度进行第一次优化，得到优化后的刀轴矢量沿切割进给方向的第二分量结果；
10、调用第二预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的侧向锥度，进而计算出沿切割进给方向的垂直方向需要摆动的第二角度来进行反向补偿；
11、获取初始刀轴矢量沿切割进给方向的垂直方向的第三分量，并根据所述第二角度进行第二次优化，得到优化后的刀轴矢量垂直于切割进给方向的第四分量结果；
12、根据所述第二分量和所述第四分量的值，合成得到最终优化后的刀轴矢量。
13、作为优选地，所述预测数学模型包括不限于基于加工机理建立的切割速度模型、切缝锥度模型、后拖量模型及机床随机误差模型中的一种或多种。
14、作为优选地，所述调用预测数学模型预测前包括：
15、在水刀切割场景下确定当前切割速度；
16、根据直纹面对应的数学模型和预设加工工艺参数计算出切割路径上每点的切割速度；
17、其中，v为切割速度，nm为材料科加工性参数，pw为水压力，为水流量，为磨料流量，cs为比例因子，q为切割质量等级，h为材料厚度，d为射流束直径。
18、作为优选地，所述调用第一预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的后拖量包括：
19、获取当前的切割速度，并结合当前位置点的材料厚度、材料种类、工艺参数信息，计算出水刀切割产生的后拖量公式如下：
20、，
21、其中，j(h)为后托量，p为水压，为磨料流量，h为切割深度，v为切割速度。
22、作为优选地，所述调用第二预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的侧向锥度包括：
23、获取当前切割速度和材料厚度，计算得到当前侧向锥度角：
24、，
25、其中，ta为切割产生的侧向锥度，v为切割速度，h为切割当前点的被切割材料厚度。
26、作为优选地，所述根据待加工直纹面的母线或者预设切割方向确定初始刀轴矢量包括：
27、如果直纹加工面的上沿曲线和下沿曲线是简单几何曲线，将上沿曲线和下沿曲线垂直于加工面向外偏移一个刀具半径；
28、如果直纹加工面的上沿曲线和下沿曲线非简单几何曲线，将各个直纹加工面离散为直母线的组合；
29、将直母线组垂直于加工面向外偏移一个刀具半径，把偏移后的直母线组的上点拟合为上沿曲线，作为刀位点的轨迹曲线，直母线组的下点拟合为下沿曲线作为刀轴点的轨迹曲线。
30、本发明还提供了一种高能束直纹面刀轴矢量优化装置，包括：
31、初始模块，用于根据待加工直纹面的母线或者预设切割方向确定初始刀轴矢量；
32、判断模块，用于判断按照所述初始刀轴矢量和工件模型生成加工路径并执行加工过程中所述初始刀轴矢量是否产生加工路径偏移；
33、调用模块，用于在所述初始刀轴矢量发生加工路径偏移的情况下，调用预测数学模型预测加工过程中按照初始刀轴矢量方向进行加工时会造成的加工纵向及侧向误差；
34、优化模块，用于基于预测数学模型和预设的工艺参数计算得到需要反向补偿的偏移量，根据所述反向补偿的偏移量对偏离后的所述初始刀轴矢量进行优化来有效补偿加工过程中带来的误差，得到最优的刀轴矢量。
35、作为优选地，所述优化模块进一步包括：
36、后托量计算子模块，用于调用第一预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的后拖量，进而计算出沿切割进给方向需要摆动的第一角度来进行反向补偿；获取初始刀轴矢量沿切割进给方向的第一分量，并根据所述第一角度进行第一次优化，得到优化后的刀轴矢量沿切割进给方向的第二分量结果；
37、锥度计算子模块，用于调用第二预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的侧向锥度，进而计算出沿切割进给方向的垂直方向需要摆动的第二角度来进行反向补偿；获取初始刀轴矢量沿切割进给方向的垂直方向的第三分量，并根据所述第二角度进行第二次优化，得到优化后的刀轴矢量垂直于切割进给方向的第四分量结果；
38、合成优化模块，用于根据所述第二分量和所述第四分量的值，合成得到最终优化后的刀轴矢量。
39、本发明还提供了一种电子设备，包括：
40、存储器，所述存储器用于存储处理程序；
41、处理器，所述处理器执行所述处理程序时实现如本发明实施例所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法。
42、针对现有技术，本发明具有如下的有益效果：
43、本发明所提供的一种直纹面刀轴矢量优化方法，在初始刀轴矢量的基础上增加的了预测数学模型，并根据独特的工艺参数计算出需要纵摆及侧摆的角度，进一步得到最终的刀轴矢量方向。这样做一方面能补偿原刀轴矢量造成的误差，另一方面能灵活添加需要增加的角度，获得最优的刀轴矢量。且根据通过预测数学模型计算出的后拖量及锥度，能够进行反向补偿，从而能有效补偿加工过程中带来的误差，并获得最优刀轴矢量。解决了现有的直纹面刀轴矢量确定后后续加工过程中偏离路线出现的误差，缺乏对“软刀子”加工缺陷的控制、补偿及工艺过程变量考虑的技术问题，降低随着切割点参数的变化而动态变化直纹面加工造成的切割误差，提高直纹面加工效率。
1.一种高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，所述基于预测数学模型和预设的工艺参数计算得到需要反向补偿的偏移量，根据所述反向补偿的偏移量对偏移后的所述初始刀轴矢量进行优化来有效补偿加工过程中带来的误差进一步包括：
3.根据权利要求1所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，所述预测数学模型包括不限于基于加工机理建立的切割速度模型、切缝锥度模型、后拖量模型及机床随机误差模型中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，所述调用预测数学模型预测前包括：
5.根据权利要求2所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，所述调用第一预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的后拖量包括：
6.根据权利要求2所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，所述调用第二预测数学模型，根据当前位置点的目标参数信息计算出切割工件产生的侧向锥度包括：
7.根据权利要求1所述的高能束直纹面刀轴矢量优化方法，其特征在于，所述根据待加工直纹面的母线或者预设切割方向确定初始刀轴矢量包括：
8.一种高能束直纹面刀轴矢量优化装置，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的高能束直纹面刀轴矢量优化装置，其特征在于，所述优化模块进一步包括：
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
