[發(fā)明專(zhuān)利]一種五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差溯源方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111017159.0
• 申請(qǐng)日: 2021-08-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113741342B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂盾;葉欣欣;劉輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B19/404
• 分類(lèi)號(hào): G05B19/404
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差溯源方法，先建立五軸機(jī)床的正運(yùn)動(dòng)學(xué)變換模型，將指令位置序列和光柵反饋位置序列分別輸入計(jì)算出工件坐標(biāo)系下的理想刀具中心位姿和工件坐標(biāo)系下實(shí)際刀具中心位姿，分別將理想刀具中心位置和實(shí)際刀具中心位置合成指令軌跡和實(shí)際軌跡；再求解五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差，將實(shí)際軌跡與指令軌跡之間的刀尖位置誤差向量投影到指令軌跡的法線方向求解五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差；然后利用雅克比矩陣對(duì)軌跡誤差求解模型進(jìn)行重構(gòu)，將軌跡誤差改寫(xiě)成為全微分形式，使得各軸跟隨誤差與五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差表征為線性關(guān)系，利用誤差貢獻(xiàn)度模型得到各軸跟隨誤差對(duì)聯(lián)動(dòng)軌跡誤差的影響程度和作用效果；本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差的定量溯源。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于五軸數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差溯源方法。

技術(shù)背景

五軸數(shù)控機(jī)床是加工航空結(jié)構(gòu)件、發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤(pán)/葉輪和燃?xì)廨啓C(jī)葉片等復(fù)雜曲面零件的關(guān)鍵加工裝備，五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差決定了這些復(fù)雜曲面零件的輪廓誤差。在高速高精切削過(guò)程中，跟隨誤差是造成數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)軌跡誤差的主要影響因素，因此溯源單軸跟隨誤差對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差的影響，對(duì)于控制五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差、保證加工精度、提高加工效率具有重要作用。

目前對(duì)于跟隨誤差引起的五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差溯源方法還缺少一定的研究，現(xiàn)有溯源研究主要針對(duì)不同參數(shù)值下的加速度、加加速度和位置環(huán)增益等動(dòng)態(tài)因素對(duì)單軸跟隨誤差的影響，進(jìn)而映射到五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差。現(xiàn)有方法未能直接揭示出各軸跟隨誤差與五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差的數(shù)量關(guān)系，無(wú)法從控制單軸跟隨誤差角度減小聯(lián)動(dòng)軌跡誤差。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差溯源方法，能夠直接得到五軸跟隨誤差與聯(lián)動(dòng)軌跡誤差之間的數(shù)量關(guān)系，定量實(shí)現(xiàn)單軸跟隨誤差引起的五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差的溯源。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差溯源方法，包括以下步驟：

1)建立正運(yùn)動(dòng)學(xué)變換矩陣：根據(jù)機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)，基于旋量理論，建立正運(yùn)動(dòng)學(xué)變換矩陣[g_wt]；AC雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸機(jī)床共有兩個(gè)開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈，分別為刀具運(yùn)動(dòng)鏈[g_bt]和工件運(yùn)動(dòng)鏈[g_bw]，刀具運(yùn)動(dòng)鏈[g_bt]如公式(1)所示，工件運(yùn)動(dòng)鏈[g_bw]如公式(2)所示；兩個(gè)開(kāi)環(huán)運(yùn)動(dòng)鏈構(gòu)成了從工件到刀具的整體運(yùn)動(dòng)鏈[g_wt]，如公式(3)所示；

式中(x,y,z,θ_A,θ_C)分別為X軸、Y軸、Z軸、A軸和C軸在機(jī)床坐標(biāo)系下的運(yùn)動(dòng)量，(L_CAx,L_CAy,L_CAz)為數(shù)控系統(tǒng)中RTCP下第四軸到第五軸位置的相反坐標(biāo)，(G54_x,G54_y,G54_z)為工件坐標(biāo)系相對(duì)于機(jī)床坐標(biāo)系的偏置值，L_tool為刀具長(zhǎng)度；

2)合成指令軌跡與實(shí)際軌跡：將指令位置序列(x,y,z,θ_A,θ_C)和光柵反饋位置序列分別輸入到公式(4)，計(jì)算出工件坐標(biāo)系下的理想刀具中心位姿(P_x,P_y,P_z,V_x,V_y,V_z)和工件坐標(biāo)系下實(shí)際刀具中心位姿分別將理想刀具中心位置和實(shí)際刀具中心位置合成指令軌跡和實(shí)際軌跡；

3)求解五軸聯(lián)動(dòng)軌跡誤差：