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专利号: 2019102039884
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: 计算;推算;计数
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:

1.一种旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,包括:S1、根据垂直度误差定义结合旋转轴运动性质分析垂直度误差对旋转轴运动的影响;

S2、分析旋转轴垂直度误差定义,得到A轴、B轴和C轴垂直度误差;

S3、根据不同旋转轴运动性质构建A轴、B轴和C轴的理想指数运动矩阵;

S4、根据不同旋转轴垂直度误差分布,采用指数积理论建立A轴、B轴和C轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵;

S5、根据运动轴误差矩阵、理想运动矩阵和实际运动矩阵之间关系构建不同旋转轴的垂直度误差变换矩阵;

S6、将A轴、B轴和C轴的垂直度误差变换矩阵与运动轴基本几何误差项的误差矩阵进行比较,得到不同旋转轴的垂直度误差的影响;

S7、建立不同旋转轴垂直度误差的误差矢量。

2.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S1中旋转轴运动性质是驱动旋转轴围绕轴本身坐标系中某条坐标轴进行转动,本身坐标系原点位置不发生变化;

垂直度误差对旋转轴运动的影响是偏转旋转轴的转动轴线方向,使得旋转轴围绕另一条由垂直度误差决定的直线旋转。

3.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S2中分析机床不同旋转轴垂直度误差定义,得到A轴、B轴和C轴的垂直度误差的分布为:A轴垂直度误差为与Y轴之间的垂直度误差Say和与Z轴之间的垂直度误差Saz;B轴垂直度误差为与X轴之间的垂直度误差Sbx和与Z轴之间的垂直度误差Sbz;C轴垂直度误差为与X轴之间的垂直度误差Scx和与Y轴之间的垂直度误差Scy。

4.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S3中构建A轴、B轴和C轴的理想指数运动矩阵的方法为:S3.1、根据A轴理想运动为围绕理想坐标系x轴旋转且旋转轴线是理想坐标系x轴的运动性质,得到A轴运动方向向量ωai=[1,0,0]T,建立A轴运动旋量 为:根据指数积理论得到A轴理想指数运动矩阵Tai为:

其中,e表示指数积理论中旋量的指数矩阵函数,α表示A轴运动量;

S3.2、结合B轴理想运动为围绕理想坐标系y轴旋转且旋转轴线是理想坐标系y轴的运动性质,得到B轴运动方向向量ωbi=[0,1,0]T,建立B轴运动旋量 为:根据指数积理论得到B轴理想指数运动矩阵Tbi为:

其中,β表示B轴运动量;

S3.3、结合C轴理想运动为围绕理想坐标系z轴旋转且旋转轴线是理想坐标系z轴的运T动性质,得到C轴运动方向向量ωci=[0,0,1],建立C轴运动旋量 为:根据指数积理论得到C轴理想指数运动矩阵Tci为:

其中,γ表示C轴运动量。

5.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S4中建立A轴、B轴和C轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵的方法为:S4.1、得到A轴垂直度误差影响下的运动性质为旋转轴线方向发生偏转但是轴线原点位置不变,得到A轴垂直度误差影响下运动方向向量ωar为:ωar=[cos(Saz)cos(Say),-cos(Saz)sin(Say),-sin(Saz)]T建立A轴垂直度误差影响下的运动旋量 为:

根据指数积理论得到A轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵Tar为:S4.2、得到B轴垂直度误差影响下的运动性质为为旋转轴线方向发生偏转但是轴线原点位置不变,得到B轴运动方向向量ωbr为:ωbr=[-sin(Sbx),cos(Sbx)cos(Sbz),-cos(Sbx)sin(Sbz)]T建立B轴垂直度误差影响下的运动旋量 为:

根据指数积理论得到B轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵Tbr为:S4.3、得到C轴垂直度误差影响下的运动性质为为旋转轴线方向发生偏转但是轴线原点位置不变,得到C轴运动方向向量ωcr为:T

ωcr=[-sin(Scx),-cos(Scx)sin(Scy),cos(Scx)cos(Scy)]建立C轴垂直度误差影响下的运动旋量 为:

根据指数积理论得到C轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵Tcr为:

6.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S5中构建不同旋转轴的垂直度误差变换矩阵的方法为:S5.1、根据运动轴误差矩阵、理想运动矩阵和实际运动矩阵之间关系建立运动轴误差矩阵Tme计算公式为:其中,Tmi表示运动轴m的理想运动矩阵,Tmr表示运动轴m的实际运动矩阵;

S5.2、代入A轴理想指数运动矩阵和A轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵,忽略高阶误差项建立A轴垂直度误差变换矩阵Tae为:S5.3、代入B轴理想指数运动矩阵和B轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵,忽略高阶误差项建立B轴垂直度误差变换矩阵Tbe为:S5.4、代入C轴理想指数运动矩阵和C轴垂直度误差影响下的实际指数运动矩阵,忽略高阶误差项建立C轴垂直度误差变换矩阵Tce为:

7.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S6中得到不同旋转轴的垂直度误差的影响的方法为:S6.1、建立运动轴基本几何误差项的误差矩阵为:

其中,Tmse表示运动轴m的基本几何误差项的误差矩阵,δkm表示运动轴m在k方向上的线性几何误差,εkm表示运动轴m在k方向上的角度几何误差,k=x,y,z;

S6.2、比较A轴垂直度误差变换矩阵与运动轴基本几何误差项的误差矩阵,得到A轴垂直度误差的影响为:引起y方向上的角度几何误差为–Saz+Saz cosα+Saysinα,引起z方向上的角度几何误差为Say–Say cosα–Saz sinα;

S6.3、比较B轴垂直度误差变换矩阵与运动轴基本几何误差项的误差矩阵,得到B轴垂直度误差的影响为:引起x方向上的角度几何误差为Sbz–Sbz cosβ–Sbxsinβ,引起z方向上的角度几何误差为–Sbx+Sbx cosβ–Sbz sinβ;

S6.4、比较C轴垂直度误差变换矩阵与运动轴基本几何误差项的误差矩阵,得到B轴垂直度误差的影响为:引起x方向上的角度几何误差为–Scy+Scy cosγ–Scxsinγ,引起y方向上的角度几何误差为Scx–Scxcosγ–Scysinγ。

8.根据权利要求1所述的旋转轴垂直度误差的误差矢量建模方法,其特征在于,所述步骤S7中建立不同旋转轴垂直度误差的误差矢量的方法为:S7.1、建立运动轴基本几何误差项的误差矢量△Em表达式:ΔEm=[δxm,δym,δzm,εxm,εym,εzm]TS7.2、代入A轴垂直度误差的影响,建立A轴垂直度误差的误差矢量△EAe为:ΔEAe=[0,0,0,0,-Saz+Sazcosα+Saysinα,Say-Saycosα-Sazsinα]T;

S7.3、代入B轴垂直度误差的影响,建立B轴垂直度误差的误差矢量△EBe为:ΔEBe=[0,0,0,Sbz-Sbzcosβ-Sbxsinβ,0,-Sbx+Sbxcosβ-Sbzsinβ]T;

S7.4、代入C轴垂直度误差的影响,建立C轴垂直度误差的误差矢量△ECe为:ΔECe=[0,0,0,-Scy+Scycosγ-Scxsinγ,Scx-Scxcosγ-Scysinγ,0]T。