[发明专利]一种五轴联动轨迹误差溯源方法

说明书

一种五轴联动轨迹误差溯源方法，先建立五轴机床的正运动学变换模型，将指令位置序列和光栅反馈位置序列分别输入计算出工件坐标系下的理想刀具中心位姿和工件坐标系下实际刀具中心位姿，分别将理想刀具中心位置和实际刀具中心位置合成指令轨迹和实际轨迹；再求解五轴联动轨迹误差，将实际轨迹与指令轨迹之间的刀尖位置误差向量投影到指令轨迹的法线方向求解五轴联动轨迹误差；然后利用雅克比矩阵对轨迹误差求解模型进行重构，将轨迹误差改写成为全微分形式，使得各轴跟随误差与五轴联动轨迹误差表征为线性关系，利用误差贡献度模型得到各轴跟随误差对联动轨迹误差的影响程度和作用效果；本发明实现了对五轴联动轨迹误差的定量溯源。

技术领域

本发明属于五轴数控机床技术领域，具体涉及一种五轴联动轨迹误差溯源方法。

技术背景

五轴数控机床是加工航空结构件、发动机叶盘/叶轮和燃气轮机叶片等复杂曲面零件的关键加工装备，五轴联动轨迹误差决定了这些复杂曲面零件的轮廓误差。在高速高精切削过程中，跟随误差是造成数控机床联动轨迹误差的主要影响因素，因此溯源单轴跟随误差对五轴联动轨迹误差的影响，对于控制五轴联动轨迹误差、保证加工精度、提高加工效率具有重要作用。

目前对于跟随误差引起的五轴联动轨迹误差溯源方法还缺少一定的研究，现有溯源研究主要针对不同参数值下的加速度、加加速度和位置环增益等动态因素对单轴跟随误差的影响，进而映射到五轴联动轨迹误差。现有方法未能直接揭示出各轴跟随误差与五轴联动轨迹误差的数量关系，无法从控制单轴跟随误差角度减小联动轨迹误差。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种五轴联动轨迹误差溯源方法，能够直接得到五轴跟随误差与联动轨迹误差之间的数量关系，定量实现单轴跟随误差引起的五轴联动轨迹误差的溯源。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种五轴联动轨迹误差溯源方法，包括以下步骤：

1)建立正运动学变换矩阵：根据机床运动学结构，基于旋量理论，建立正运动学变换矩阵[g_wt]；AC双转台五轴机床共有两个开环运动链，分别为刀具运动链[g_bt]和工件运动链[g_bw]，刀具运动链[g_bt]如公式(1)所示，工件运动链[g_bw]如公式(2)所示；两个开环运动链构成了从工件到刀具的整体运动链[g_wt]，如公式(3)所示；

式中(x,y,z,θ_A,θ_C)分别为X轴、Y轴、Z轴、A轴和C轴在机床坐标系下的运动量，(L_CAx,L_CAy,L_CAz)为数控系统中RTCP下第四轴到第五轴位置的相反坐标，(G54_x,G54_y,G54_z)为工件坐标系相对于机床坐标系的偏置值，L_tool为刀具长度；

2)合成指令轨迹与实际轨迹：将指令位置序列(x,y,z,θ_A,θ_C)和光栅反馈位置序列分别输入到公式(4)，计算出工件坐标系下的理想刀具中心位姿(P_x,P_y,P_z,V_x,V_y,V_z)和工件坐标系下实际刀具中心位姿分别将理想刀具中心位置和实际刀具中心位置合成指令轨迹和实际轨迹；

3)求解五轴联动轨迹误差：