一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，屬于機床精度提升領域。本發明專利技術首先分析九軸機床的拓撲結構，并基于多體系統理論的齊次坐標變換法，建立慮及全工況的綜合誤差模型；其次，利用雅可比矩陣，求解各運動軸的綜合誤差補償量；最后，提出基于數控系統刀具及軸運動信息的自適應補償方法。本發明專利技術通過建立慮及全工況的綜合誤差模型，針對不同工況建立不同的綜合誤差模型，提高建模的精度；引入自適應補償方法對不同工況下的加工鏈進行綜合誤差補償，使得補償結果更準確，效率更高。本發明專利技術所指出的方法為具有多條工件鏈和多條刀具鏈的復雜機床的結構分析、誤差建模和誤差補償方面提供了理論依據與研究思路。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于機床精度提升領域，涉及一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法。
技術介紹
1、機床在提高我國工業競爭力中占據重要地位。截至目前，關于綜合誤差對機床加工精度影響的相關研究中研究的對象多為三軸機床和五軸機床，如中國專利cn202211159538.8提出基于時間軸補償的三軸數控機床綜合誤差建模方法；中國專利cn202110685808.8基于ac雙轉臺五軸機床提出了與位置無關幾何誤差建模方法；中國專利cn202011304180.4利用五軸ac轉擺頭龍門機床進行幾何誤差建模以及誤差分離。上述三軸機床和五軸機床結構簡單，但是均只有一條工件鏈與一條刀具鏈相互配合完成加工。多軸聯動車銑復合機床，如九軸五聯動車銑復合機床(下稱九軸機床)，能夠通過一次裝夾完成多個工序，是航空、航天、軍工、能源、交通等核心領域亟需的高端制造裝備，其功能與技術性能在一定程度上體現了機床產業的綜合水平。但是，九軸機床具有多條工件鏈和多條刀具鏈，使其綜合誤差建模和補償過程變得復雜。
技術實現思路
1、針對上述問題，本專利技術將提出一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法。通過分析九軸機床的拓撲結構，并基于多體系統理論的齊次坐標變換法建立慮及全工況的綜合誤差模型，并求解綜合誤差補償量，最后提出自適應補償方法。為具有多條工件鏈與多條刀具鏈的多軸聯動復合機床的綜合誤差建模和補償提供理論基礎。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：
3、一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，本專利技術首先分析九軸機床的拓撲結構，并基于多體系統理論的齊次坐標變換法，建立慮及全工況的綜合誤差模型；其次，利用雅可比矩陣，求解各運動軸的綜合誤差補償量；最后，提出基于數控系統刀具及軸運動信息的自適應補償方法。具體步驟如下：
4、第一步，分析九軸機床拓撲結構，建立全工況下加工鏈組合表征方式；
5、綜合誤差包括空間誤差和熱誤差。所述的九軸機床的運動軸系包括6個線性軸和3個旋轉軸。線性軸為x1軸、y軸、z1軸、x2軸、z2軸和w軸，旋轉軸為c1軸、c2軸和b軸。建立九軸機床拓撲結構，根據軸系間相對位置關系，將九軸機床簡化為四條獨立且互不影響的運動鏈，其包含兩條工件鏈和兩條刀具鏈，即工件鏈l1、工件鏈l2，刀具鏈l3、刀具鏈l4。
6、所述的工件鏈l1由床身-c1軸-工件組成。所述的工件鏈l2由床身-w軸-c2軸-工件組成。所述的刀具鏈l3由床身-z1軸-x1軸-y軸-b軸-刀具組成，該鏈中夾持刀具的部件可夾持車刀、銑刀和鏜(鉆)刀，即可完成車削、銑削和鏜(鉆)削三種工況的加工。所述的刀具鏈l4由床身-z2軸-x2軸-刀具組成，該鏈中夾持刀具的部件可夾持車刀和銑刀，即可完成車削和銑削兩種工況的加工。理論上，一條工件鏈與一條刀具鏈配合加工可以組成一條加工鏈。因此，九軸機床全工況下加工鏈組合ml表示為：
7、ml＝[a,b]＝[(l工+γl刀x),(l工+γl刀x)](1)
8、其中，a和b代表獨立的兩條加工鏈，可同時進行加工且互不影響。l工代表工件鏈，l刀代表刀具鏈。γ表示該刀具鏈是否夾持刀具。x表示工況，1、2、3分別表示車削、銑削和鏜(鉆)削三種工況，對刀具鏈l3，x＝1、2、3，對刀具鏈l4，x＝1、2。
9、由上可知，不同工況所對應的加工鏈不同，綜合誤差模型也不同。因此，需要在建立綜合誤差模型時慮及工況。
10、第二步，基于多體系統理論分析各軸系間幾何誤差傳遞機理，并建立慮及全工況的綜合誤差模型；
11、2.1)首先，根據多體系統理論，將九軸機床簡化為內部具有多個相對運動體的多體系統。在每個體上固連一個坐標系，則兩個相鄰體i與j的空間位置和姿態變化采用固連的坐標系oi-xiyizi和oj-xjyjzj之間的相對變換來表示。使用4×4階的齊次矩陣描述兩坐標系的相對運動。
12、2.2)其次，根據九軸機床結構和軸系類型，分析其幾何誤差項。由iso?230-1:2012標準可知，九軸機床軸間存在6項與位置相關幾何誤差，線性軸為水平直線度誤差、豎直直線度誤差、偏擺角誤差、俯仰角誤差、滾動角誤差以及定位誤差，旋轉軸為軸向跳動、2個方向的徑向跳動、轉角誤差以及沿2個軸的偏擺角誤差。九軸機床共有54項與位置相關幾何誤差。同時，軸系間存在與位置無關幾何誤差，如軸系間的垂直度誤差、平行度誤差和位置偏差等。根據軸系間相對位置關系可知，九軸機床共有25項與位置無關幾何誤差。
13、2.3)然后，基于多體系統理論的齊次坐標變換的綜合誤差建模方法，建立參考坐標系、刀具坐標系、工件坐標系以及各軸的固連坐標系。對于機床而言，機床綜合誤差為機床運動到工作空間的某一位置時，由于幾何誤差引起的刀尖點相對于工件點在位置和姿態上的理想情況與實際情況的偏差。理想情況是機床不存在誤差的情況，實際情況是機床存在誤差的情況。在實際計算過程中，需分別在理想情況和實際情況下，將刀尖點在刀具坐標系下的坐標值轉換為在工件坐標系下的坐標值，綜合誤差是二者差值。為了簡便計算，本專利技術選擇床身坐標系為參考，對于一條加工鏈而言，先將刀具鏈中刀尖點在刀具坐標系下的坐標值轉換到床身坐標系，再從床身坐標系轉換到工件鏈的工件坐標系。根據該轉換路徑，計算出理想情況和實際情況下的刀具坐標系相對于工件坐標系的4×4階轉換矩陣，從而求得綜合誤差。
14、理想情況下，由工件坐標系w到床身坐標系m之間的轉換矩陣以及由刀具坐標系t到床身坐標系m之間的轉換矩陣表示為：
15、
16、其中，表示坐標系w和m的理想初始位置轉換矩陣，表示兩坐標系間的理想運動矩陣。表示坐標系t和m的理想初始位置轉換矩陣。
17、實際情況下，由工件坐標系w到床身坐標系m之間的轉換矩陣wmte，以及由刀具坐標系t到床身坐標系m之間的轉換矩陣表示為：
18、
19、其中，表示與位置無關誤差矩陣，mtpd表示與位置相關誤差矩陣。表示與位置無關誤差矩陣。
20、因此，由上述的加工鏈組合表征方式以及基于多體系統理論的齊次坐標變換法，建立慮及全工況的綜合誤差模型q，表示為：
21、
22、其中，()_error表示實際情況，()_ideal表示理想情況。γ表示該刀具鏈是否夾持刀具。l工有兩個含義，其中含義一表示工件鏈，含義二表示工件坐標系相對于床身坐標系的轉換矩陣。表示l工的逆運算，即由原來的工件坐標系相對于床身坐標系的轉換矩陣變為床身坐標系相對于工件坐標系的轉換矩陣。l刀也有兩種含義，其中含義一表示刀具鏈，含義二表示刀具坐標系相對于床身坐標系的轉換矩陣。x表示工況，1、2、3分別表示車削、銑削和鏜(鉆)削三種工況，對刀具鏈l3，x＝1、2、3，對刀具鏈l4，x＝1、2。
23、2.4)最后，將理想情況和實際情況下工件(刀具)鏈各體之間的轉換矩陣代入慮及全工況的本文檔來自技高網
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【技術保護點】
1.一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的綜合誤差建模與自適應補償方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的第一步具體為：
3.根據權利要求2所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的第二步具體為：
4.根據權利要求3所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的2.4)具體為：
5.根據權利要求3所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的第三步具體步驟如下：
6.根據權利要求5所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的第四步具體如下：
【技術特征摘要】
1.一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的綜合誤差建模與自適應補償方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的第一步具體為：
3.根據權利要求2所述的一種多軸聯動車銑復合機床慮及全工況的綜合誤差建模與自適應補償方法，其特征在于，所述的第二步具體為：
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【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡引娣，付詩雨，戴道遠，趙建博，杜春雷，李治，招瑞豐，
申請(專利權)人：大連理工大學，
類型：發明
國別省市：
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