[发明专利]一种消除并联构型主轴头终端动平台转速波动的方法

说明书

本发明公开了一种消除并联构型主轴头终端动平台转速波动的方法，属于机床技术领域。该方法首先建立并联构型主轴头终端动平台期望转速与实际转速间的约束关系；根据通用数控代码获得终端动平台的运动信息，进而建立插补坐标系，计算得到终端动平台在转动过程中的各个插补位置；进一步得到并联构型主轴头终端动平台的瞬时转速计算公式，利用该公式计算得到终端动平台的实际转速；然后对比实际转速与期望转速，若不满足约束关系，则对进给速率进行优化以消除终端动平台的转速波动。本发明解决了并联构型主轴头因非线性速度传递特性引起的终端转速波动问题，有效提高了运动过程中的速度稳定性。

技术领域

本发明属于机床技术领域，特别涉及并联构型主轴头终端动平台的转动速度稳定性问题。

背景技术

相对于传统串联机构，并联机构在理论上具有很多优势，例如更高的刚度质量比，更好的动态性能以及更好的精度潜力。基于这些理论优势，并联机构被广泛应用于实际工业，其中基于并联机构的并联构型主轴头是当前高速加工领域的重要装备，并已有大量并联构型主轴头被设计、制造，但大多数并联构型主轴头无法满足实际应用需求，因此需要进一步提升其综合性能，而这其中，如何消除并联构型主轴头终端动平台的转速波动是一项亟待解决的关键技术问题。

不论串联构型主轴头还是并联构型主轴头，其终端动平台运动速度的稳定性直接决定刀具运动速度的稳定性。并联构型主轴头终端动平台的旋转运动由关节空间各驱动轴的直线运动决定，但终端动平台与各驱动轴之间存在强的非线性速度传递特性，因此在实际的运动过程中，并联构型主轴头终端动平台出现了明显的转速波动，进而引起加工刀具的转速波动，最终导致加工曲面过程中工件表面质量不合格，极大的影响实际工件的加工效果。传统串联构型主轴头通过简单的进给速率优化能够保持终端动平台较好的速度稳定性，但其速度传递特性是线性的，不具有非线性特性，因此其进给速率优化方法不再适用于并联构型主轴头。

目前针对并联构型主轴头转速波动问题还有没一种有效的解决方法，使用传统串联构型主轴头进给速率优化方法无法满足实际加工需求，因此结合并联构型主轴头特点，针对其非线性速度传递特性，提出一种广泛有效的消除终端动平台转速波动的方法对提升并联构型主轴头的运动速度稳定性具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是为提高并联构型主轴头的运动速度稳定性，通过提出一种消除并联构型主轴头终端动平台转速波动的方法，以解决并联构型主轴头因为非线性速度传递特性造成的转速波动问题。

本发明的技术方案如下：

一种消除并联构型主轴头终端动平台转速波动的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

1)建立实际转速与期望转速之间的约束关系：

式中，与分别为并联构型主轴头终端动平台的实际转速与期望转速；||||₂为对向量取模，表征转速大小；τ％为允许的转速波动范围；

2)建立笛卡尔坐标系O-XYZ，根据通用数控代码，获取终端动平台的运动信息[A_iB_i]及[A_e B_e]，其中A_i与A_e分别为终端动平台运动起始与结束时绕OX轴方向的转角，B_i与B_e分别为终端动平台运动起始及结束时绕OY轴方向的转角；

3)建立插补坐标系o-x'y'z'，根据终端动平台的运动信息，在插补坐标系中进行插补运算：

式中，n为插补点数，t_n为插补周期，θ_i与θ_i-1分别为第i周期及第i-1周期的插补角度；进而得到对应的插补向量为：