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专利号: 2018113514603
申请人: 内蒙古工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

S1:建立三轴数控机床不考虑位置无关几何误差时的形状创成函数模型,即建立无几何误差作用时,刀具端至工件端加工成型点处的函数表达式;

S2:建立三轴数控机床位置无关几何误差模型,即建立有几何误差作用时,刀具端至工件端加工成型点处的函数表达式;

S3:根据矩阵运算性质对三轴数控机床位置无关几何误差模型进行计算,以此将可补偿位置无关几何误差和不可补偿位置无关几何误差进行分离。

2.一种如权利要求1所述的三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法,其特征在于,

步骤S1的具体方法如下:

将三轴数控机床结构由工作台经各运动轴到刀具,表示为:

K=T/K1K2L L Kn-1Kn-2/S

其中T与S分别表示刀具和主轴,其中Ki表示各运动轴,i为除0以外的自然数,i=1、2LL n-1、n-2;Ki包括沿移动轴作直线运动的的X轴、Y轴、Z轴,或是绕X、Y、Z轴做旋转运动的A轴、B轴、C轴;用齐次变换矩阵描述三轴数控机床部件之间运动特征及误差传递关系:刀尖点在刀具坐标系下的位置rt=[0 0 0 1]T;

在不考虑三轴数控机床位置无关几何误差情况下,三轴数控机床构成的多体系统中广义坐标系中,所建立的三轴数控机床形状创成函数模型是:

rwi=R(Y/X)R(X/Y)R(Z)R(S)rt=[x y z 1]T;

R(Y/X)表示Y/X直线轴的齐次变换矩阵,R(X/Y)表示X/Y直线轴的齐次变换矩阵,R(Z)表示Z直线轴的齐次变换矩阵,R(S)表示主轴的齐次变换矩阵。

3.根据权利要求1所述的三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法,其特征在于,

步骤S2的具体方法如下:

定义三轴数控机床的十八项位置无关几何误差,分别为:

δyXY:X轴与Y轴沿y方向之间的位置偏差;δyXZ:X轴与Z轴沿y方向之间的位置偏差;δyZS:Z轴与S轴沿y方向之间的位置偏差;δxXY:X轴与Y轴沿x方向之间的位置偏差;δxXZ:X轴与Z轴沿x方向之间的位置偏差;δxZS:Z轴与S轴沿x方向之间的位置偏差;δzXZ:X轴与Z轴沿z方向之间的位置偏差;δzXY:X轴与Y轴沿z方向之间的位置偏差;δzZS:Z轴与S轴沿z方向之间的位置偏差;γXZ:X轴与Z轴绕z方向的角度偏差;γZS:Z轴与S轴绕z方向的角度偏差;αXY:X轴与Y轴绕x方向的角度偏差;αXZ:X轴与Z轴绕a方向的角度偏差;βXY:X轴与Y轴绕y方向的角度偏差;

γXY:X轴与Y轴绕z方向的角度偏差;βXZ:X轴与Z轴绕y方向的角度偏差;αZS:Z轴与S轴绕x方向的角度偏差;βZS:Z轴与S轴绕y方向的角度偏差;

在考虑三轴数控机床位置无关几何误差情况下,三轴数控机床形状创成函数模型,即三轴数控机床位置无关几何误差模型是:

rw=R(Y/X)EYXR(X/Y)EZY/XR(Z)EZSR(S)rt=rwi+rY/X error+rX/Y error+rZ error+rS errorEYX表示X、Y直线轴间的位置无关几何误差的齐次变换矩阵,EZY/X表示Z、Y直线轴或Z、X直线轴间的位置无关几何误差的齐次变换矩阵,EZS表示Z直线轴与主轴S间的位置无关几何误差的齐次变换矩阵,rt表示刀尖点在刀具坐标系下的位置,rY/X error表示代X或Y轴位置无关几何误差,rX/Y error表示X或Y轴位置无关几何误差、rZ error表示Z轴位置无关几何误差、rS error表示S轴位置无关几何误差。

4.根据权利要求1所述的三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法,其特征在于,所述步骤3的具体方法为:

当考虑X轴与Y轴沿y方向之间的位置偏差δyXY时,当考虑X轴与Y轴沿y方向之间的位置偏差δyXY时:rwn=A2(Y)EYX(0,0,0,0,δyXY,0)A1(X)EXZ(0,0,0,0,0)A3(Z)EZS(0,0,0,0,0,0)A6(S)rt矩阵A2(Y)与包含δyXY的矩阵 可由矩阵相加等于矩阵相乘的性质进行变换,即rwn=A2(Y+δyXY)EYX(0,0,0,0,0,0)A1(X)EXZ(0,0,0,δyXZ,0)A3(Z)EZS(0,0,0,0,δyZS,0)A6(S)rt当考虑X轴与Z轴沿y方向之间的位置偏差δyXZ时,由移动变换特征的齐次变换矩阵相乘具有交换性可知:rwn=A2(Y)EYX(0,0,0,0,0,0)A1(X)EXZ(0,0,0,δyXZ,0)A3(Z)EZS(0,0,0,0,0,0)A6(S)rt=A2(Y)EYX(0,0,0,0,0,0)EXZ(0,0,0,δyXZ,0)A1(X)A3(Z)EZS(0,0,0,0,0,0)A6(S)rt由矩阵相加等于矩阵相乘的性质进行变换,即

rwn=A2(Y+δyXZ)EYX(0,0,0,0,0,0)EXZ(0,0,0,0,0)A1(X)A3(Z)EZS(0,0,0,0,0,0)A6(S)rt当考虑Z轴与S轴沿y方向之间的位置偏差δyZS时,利用齐次变换矩阵相乘的交换性和矩阵相加等于矩阵相乘的性质可知:rwn=A2(Y+δyZS)EYX(0,0,0,0,0,0)EXZ(0,0,0,0,0)A1(X)A3(Z)EZS(0,0,0,0,0,0)A6(S)rt将以上三项几何误差对精度的影响效果可表达为:

2 1 3

rwn=A (Y+δyXY+δyXZ+δyZS)EYX(0,0,0,0,0,0)A (X)EXZ(0,0,0,0,0)A (Z)EZS(0,0,0,0,0,

0)A6(S)rt

根据矩阵运算性质可对形状创成函数涉及的其他18项几何误差进行计算,得到新的形状创成函数模型:

2

rwn=A(Y+δyXY+δyXZ+δyZS)EYX(αXY+αXZ,βXY,γXY,0,0,0)A1(X+δxXY+δxXZ+δxZS)EXZ(0,βXZ,0,0,0,0)A3(Z+δzXZ+δzXY+δzZS)EZS(αZS,βZS,0,0,0,0)A6(S+γZS+γXZ)rtδyXY:X轴与Y轴沿y方向之间的位置偏差;δyXZ:X轴与Z轴沿y方向之间的位置偏差;δyZS:Z轴与S轴沿y方向之间的位置偏差;δxXY:X轴与Y轴沿x方向之间的位置偏差;δxXZ:X轴与Z轴沿x方向之间的位置偏差;δxZS:Z轴与S轴沿x方向之间的位置偏差;δzXZ:X轴与Z轴沿z方向之间的位置偏差;δzXY:X轴与Y轴沿z方向之间的位置偏差;δzZS:Z轴与S轴沿z方向之间的位置偏差;γXZ:X轴与Z轴绕z方向的角度偏差;γZS:Z轴与S轴绕z方向的角度偏差;αXY:X轴与Y轴绕x方向的角度偏差;αXZ:X轴与Z轴绕a方向的角度偏差;βXY:X轴与Y轴绕y方向的角度偏差;

γXY:X轴与Y轴绕z方向的角度偏差;βXZ:X轴与Z轴绕y方向的角度偏差;αZS:Z轴与S轴绕x方向的角度偏差;βZS:Z轴与S轴绕y方向的角度偏差;

其中,

5.一种如权利要求1所述的三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法,其特征在于,所述三轴数控机床可补偿及不可补偿几何误差分离方法还包含步骤4,所述步骤4的具体方法为:筛选十八项中可补偿误差是:δyXY,δyXZ,δyZS,δxXY,δxXZ,δxZS,δzXZ,δzXY,δzZS,γXZ,γZS;该类误差对机床精度的影响,通过指令值予以消除或控制。