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专利号: 2019102039668
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几何误差贡献值计算及影响评估方法,其特征在于,包括:S1、根据五轴机床结构设定各个运动轴的结构参数q;

S2、根据位置不相关几何误差项对运动轴运动的影响以及位置相关几何误差项的定义,得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量;

S3、根据所述运动轴的几何误差旋量和构建的各个运动轴微分运动矩阵,计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量;

S4、构建刀具坐标系下运动轴误差矩阵,结合刀具相对于工作台的指数积矩阵,建立各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式;

S5、将五轴机床各个所述运动轴几何误差贡献值相加,建立五轴机床综合几何误差模型,得到五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差;

S6、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量,计算运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数,评估运动轴对五轴机床各个方向上误差的影响,选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴;

S7、根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴;

步骤S1中设定各个运动轴的结构参数q的方法为:

S1.1、设定X轴、Y轴、C轴三个平动轴和A轴、B轴、C轴三个旋转轴的结构参数q为0;

S1.2、根据五轴机床结构确定各个运动轴相对于刀具、工作台和床身的位置;

S1.3、寻找位于刀具和床身之间的运动轴,并将所述运动轴的结构参数q设置为1;

S1.4、寻找位于工作台和床身之间的运动轴,并将所述运动轴的结构参数q设置为-1;

步骤S2中得到三个平动轴和三个旋转轴的几何误差旋量ΔEi为:其中,i=x,y,z,a,b,c;δki表示运动轴i在k方向上的线性几何误差,εki表示运动轴i在k方向上的角度几何误差,k=x,y,z;α,β和γ分别表示A轴、B轴和C轴的旋转角度,Sik和oik表示位置不相关几何误差项;

所述步骤S3中计算得到刀具坐标系下各个运动轴的几何误差分量的方法为:S3.1、建立刀具相对于各个运动轴的指数积矩阵 根据直角坐标系微分运动关系理论获得各个运动轴的微分运动矩阵Di;

其中

S3.2、根据直角坐标系微分运动关系理论得到刀具坐标下运动轴误差分量:代入运动轴几何误差旋量和运动轴微分运动矩阵,获得刀具坐标下各个运动轴误差分量;

所述步骤S4中得到各个运动轴几何误差贡献值表达式的方法为:S4.1、建立刀具坐标系下运动轴误差矩阵,根据刀具相对于工作台的指数积矩阵 将刀具坐标系下运动轴误差矩阵转换到工作台上,建立运动轴误差贡献值:S4.2、代入刀具坐标下各个运动轴误差分量表达式,建立并获得各个运动轴几何误差贡献值表达式,包括运动轴位置误差贡献值表达式和运动轴姿态误差贡献值表达式,表达式形式为:其中,pxi,pyi和pzi为三个方向上的运动轴位置误差贡献值,vxi,vyi和vzi为三个方向上的运动轴姿态误差贡献值;Sik和oik表示属于运动轴i的位置不相关几何误差项,i=x,y,z,a,b,c;

所述步骤S5中五轴机床综合刀具位置误差和刀具姿态误差为:

其中,pex,pey和pez分别为三个方向上的五轴机床综合刀具位置误差,vex,vey和vez为三个方向上的五轴机床综合刀具姿态误差;

所述步骤S6中选取五轴机床各个方向上误差影响较大的运动轴的方法为:S6.1、根据各个运动轴位置误差贡献值构建运动轴各个方向上位置误差权重系数:其中,wPki为运动轴i在k方向上的位置误差权重系数;

S6.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值构建运动轴各个方向上姿态误差权重系数:其中,wOki为运动轴i在k方向上的姿态误差权重系数;

S6.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴各个方向上姿态误差权重系数计算公式和各个方向上姿态误差权重系数计算公式得到五轴机床加工工件时整个工件表面的运动轴各个方向上位置误差权重系数和姿态误差权重系数;

S6.4、计算五轴机床加工工件时所有运动轴每个方向上位置误差权重系数平均值和每个方向上姿态误差权重系数平均值并进行比较,选择每个方向上位置误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上位置误差影响较大的运动轴,选择每个方向上姿态误差影响系数平均值的最大值对应的运动轴为该方向上姿态误差影响较大的运动轴;

步骤S7中根据五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量计算运动轴位置误差影响系数和姿态误差影响系数,评估运动轴对五轴机床加工精度影响,选取五轴机床关键运动轴的方法为:S7.1、根据各个运动轴位置误差贡献值建立运动轴位置误差影响系数,计算公式为:其中,wPi表示运动轴i的位置误差影响系数;

S7.2、根据各个运动轴姿态误差贡献值建立运动轴姿态误差影响系数,计算公式为:其中,wOi表示运动轴i的姿态误差影响系数;

S7.3、将五轴机床几何误差数据和工件加工代码中五轴机床运动量代入运动轴位置误差影响系数计算公式和运动轴姿态误差影响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影响系数和姿态误差影响系数;

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

2.根据权利要求1所述的五轴机床运动轴几何误差贡献值计算及影响评估方法,其特征在于:所述步骤7中五轴机床几何误差数据通过激光干涉仪和球杆仪测量获得。