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专利号: 2019102046869
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于,包括:

S1、考虑五轴机床结构中运动轴之间相对位置,采用指数积理论建立刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵;

S2、建立刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量关于待分析运动轴几何误差矢量的影响表达式;

S3、建立待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的表达式;

S4、计算待分析运动轴误差贡献值关于待分析运动轴几何误差矢量的偏导,得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵;

S5、结合五轴机床综合误差计算方法获得待分析运动轴敏感分析方阵,并计算待分析运动轴精度影响系数;

S6、按照步骤S1-步骤S5计算五轴机床剩余运动轴精度影响系数;

S7、根据工件加工代码中五轴机床运动量计算五轴机床所有运动轴的位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数,并根据所述位置误差灵敏系数和姿态误差灵敏系数选取五轴机床误差敏感运动轴。

2.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于:所述步骤S1中采用指数积理论构建刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵的方法为:S1.1、根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置、工件安装位置和平动轴初始位置,引入机床坐标系下旋转轴轴线位置参数和工件位置参数,建立机床运动链;

S1.2、将参考坐标系建立在待分析运动轴上,获得五轴机床所有运动轴在参考坐标系下的位置向量;

S1.3、根据指数积理论和运动轴的运动性质建立参考坐标系下所有运动轴的指数积运动矩阵;

S1.4、根据机床运动链中从待分析运动轴到刀具的运动轴的次序,并依据指数积理论得到刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵Ttm:其中,t表示刀具,m表示待分析运动轴,nm为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中x方向姿态向量,om为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中y方向姿态向量,am为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中z方向姿态向量,lm为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中位置向量,nxm,nym,nzm分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中x方向姿态向量的x、y和z方向的分量,oxm,oym,ozm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中y方向姿态向量的x、y和z方向的分量,axm,aym,azm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中z方向姿态向量的x、y和z方向的分量,lxm,lym,lzm为分别为待分析运动轴m的指数积运动矩阵中位置向量的x、y和z方向的分量。

3.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于:所述步骤S2中建立得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式的方法为:S2.1、根据刀具相对于待分析运动轴的指数积运动矩阵,建立待分析运动轴微分矩阵Dm:其中,Aim表示待分析运动轴微分矩阵第i行的行向量,i=1,2,3,4,5,6;

S2.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量,提取待分析运动轴几何误差矢量,得到刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的影响表达式:其中,ΔEm=[δxm,δym,δzm,εxm,εym,εzm]T表示待分析运动轴几何误差矢量, 和表示刀具坐标系下待分析运动轴三个方向上的线性误差分量, 和 表示刀具坐标系下待分析运动轴三个方向上的角度误差分量。

4.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于:所述步骤S3中建立得到待分析运动轴误差贡献值与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式的方法为:S3.1、根据五轴机床结构中运动轴之间相对位置,采用指数积理论建立刀具相对于工件的指数积运动矩阵Ttw:其中,w为工件;

S3.2、将刀具坐标系下的待分析运动轴各个误差分量组成的误差矩阵转换到工件坐标系下,建立工件坐标系下待分析运动轴误差贡献值模型:其中,Pm=[pxm,pym,pzm]T为待分析运动轴的位置误差贡献值,pxm为待分析运动轴的x方向位置误差贡献值,pym为待分析运动轴的y方向位置误差贡献值,pzm为待分析运动轴的z方向位置误差贡献值,Vm=[vxm,vym,vzm]T为待分析运动轴的姿态误差贡献值,vxm为待分析运动轴的x方向姿态误差贡献值,vym为待分析运动轴的y方向姿态误差贡献值,vzm为待分析运动轴的z方向姿态误差贡献值;

S3.3、代入刀具坐标系下待分析运动轴各个误差分量与待分析运动轴几何误差矢量之间的影响表达式,得到待分析运动轴误差贡献值:S3.4、根据刀具相对于工件的指数积运动矩阵Ttw的特性,建立待分析运动轴误差贡献值与待分析运动轴几何误差矢量之间的表达式为:

5.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于:所述步骤S4中得到待分析运动轴几何误差敏感矩阵的方法为:S4.1、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导,得到位置误差敏感矩阵MPm:S4.2、将待分析运动轴的位置误差贡献值对待分析运动轴几何误差矢量求偏导,得到姿态误差敏感矩阵MOm:S4.3、代入待分析运动轴微分矩阵的行向量,计算得到待分析运动轴包括位置误差敏感矩阵和姿态误差敏感矩阵的几何误差敏感矩阵。

6.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于:所述步骤S5中待分析运动轴精度影响系数包括位置精度影响系数和姿态精度影响系数。

7.根据权利要求1或6所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于,计算所述待分析运动轴精度影响系数的方法为:S5.1、根据五轴机床综合误差计算方法建立待分析运动轴综合误差贡献值表达式,获得运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方的表达式为:其中,ΔEm为待分析运动轴几何误差矢量,Pm为待分析运动轴的位置误差贡献值,Vm为待分析运动轴的姿态误差贡献值;

S5.2、分别将运动轴综合位置误差贡献值的平方和综合姿态误差贡献值的平方对待分析运动轴几何误差矢量求二阶偏导,得到待分析运动轴敏感分析方阵,包括位置误差敏感分析方阵NPm和姿态误差敏感分析方阵NOm:S5.3、根据方阵迹的计算方法得到待分析运动轴精度影响系数,包括位置精度影响系数SPm和姿态精度影响系数SOm:SPm=tr(NPm)SOm=tr(NOm)。

8.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于,所述步骤S7中选取五轴机床误差敏感运动轴的方法为:S7.1、根据五轴机床所有运动轴位置误差灵敏系数,建立运动轴位置误差灵敏系数计算公式:其中,CPi为运动轴i的位置误差灵敏系数;

S7.2、根据五轴机床所有运动轴姿态误差灵敏系数,建立运动轴姿态误差灵敏系数计算公式:其中,COi表示运动轴i的姿态误差灵敏系数;

S7.3、将工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差灵敏系数计算公式和运动轴姿态误差灵敏系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的所有运动轴位置误差灵敏系数和运动轴姿态误差灵敏系数;

S7.4、计算五轴机床加工工件时各个运动轴位置误差灵敏系数平均值和各个运动轴姿态误差灵敏系数平均值并进行比较,选择位置误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴和姿态误差灵敏系数平均值的最大值对应的运动轴为五轴机床误差敏感运动轴。

9.根据权利要求1或8所述的五轴机床运动轴灵敏度分析方法,其特征在于:所述步骤S7中根据工件刀位文件生成工件加工代码中五轴机床的运动量,用于反映机床运动轴相对于其零位置的真实运动量。