基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法技术

本发明专利技术公开基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法，应用于数控机床误差补偿技术领域，可以通过ADAMS动力学仿真计算出数控机床在沿X,Y,Z轴导轨运动过程中在相应平面内产生的偏摆瞬心、俯仰瞬心、滚转瞬心的具体位置，通过各瞬心的位置进行各自阿贝臂的精确计算，将瞬心的概念加入数控机床综合误差建模中，可以完善机床综合误差建模，从而提高数控机床误差补偿精度。具体包括基于SolidWorks的数控机床整体模型以及简化的导轨系统工作台模型、基于ADAMS的导轨系统工作台动力学仿真以及基于刚体平面运动速度瞬心理论的数控机床工作平面的瞬心计算。

【技术实现步骤摘要】
基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法
本专利技术涉及数控机床误差补偿
，具体涉及一种基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法。
技术介绍
数控机床工作台大部分都是采用由X,Y两个方向上的溜板上下叠加而成的二维堆栈式结构，每个方向上都由两条直线导轨组成，从而实现沿着一个方向上的运动。由于导轨系统本身存在着制造误差，且在机床工作台运动过程中，导轨系统同样会受到热变形、力变形等因素的影响产生相应的误差，且两条导轨之间的误差会存在差异。因此机床工作台在沿着导轨运动的过程中，不仅会产生平移运动，而且会由于导轨之间的差异产生附加的旋转运动。在刚体的平面运动过程中，只要刚体上任一平行于某固定平面的截面图形在任意瞬时的角速度不为零，就必然会有一个点的速度为零，该点记作速度瞬心。数控机床工作台在导轨的作用下进行相应的移动从而实现工件的加工，但由于导轨误差的影响，工作台在沿着某一轴进行直线运动的过程中，会在其他两轴方向上产生直线偏移，同时产生绕三轴旋转的角度误差，导致产生了附加的旋转运动，且运动规律不定，因此工作台存在速度瞬心，且速度瞬时运动中心是不断在变化的。而现有的机床综合误差建模以及补偿中，关于其中阿贝误差补偿建模部分，是由X,Y,Z轴各自光栅测量系统读数头与待加工点之间的阿贝臂进行计算的，没有考虑到导轨系统工作台瞬心对机床加工误差的影响，因而建立的误差模型考虑因素不全面，建立的阿贝臂补偿模型不精确。因此必须在综合误差建模中加入瞬时运动中心的理论才能精确计算阿贝臂，从而实现更加精确的机床误差补偿。随着运动学技术的发展，ADAMS作为一种运动学仿真技术，在机械控制领域的运动学分析中得到广泛的应用，由此本文通过三维建模软件SolidWorks和动力学仿真软件ADAMS进行机床导轨系统工作台在工作平面内的实时运动测试，提出基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法，通过确定出的所有瞬心进行阿贝臂的精确计算，进而完善数控机床综合误差建模，提高机床误差补偿精度。
技术实现思路
(一)解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法。它能够利用ADAMS运动学分析方法准确地确定出数控机床工作平面在不同运动过程中的实时瞬时运动中心的位置，不需要通过繁琐的实验来确定，通过对数控机床导轨系统工作平面所有瞬心的确定，进行相应阿贝臂的精确计算，从而实现在数控机床综合误差建模中加入瞬时运动中心，完善建模，提高机床的误差补偿精度。(二)技术方案实现本专利技术目的的技术解决方案为：为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现。基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法，包括如下步骤：步骤一、在SolidWorks环境中建立数控机床导轨系统工作台简化模型，并在SolidWorks中建立数控机床整体结构；步骤二、将SolidWorks中建立的数控机床导轨系统工作台简化模型保存为*.x_t的格式，导入到ADAMS动力学仿真环境中。首先设定环境参数，工作台的几何尺寸、材料参数；在ADAMS中设定导轨系统工作台与地面的接触并添加固定约束，在工作台上的滑块与导轨之间加载一个力使其产生无规律碰撞；然后在工作台两根导轨上分别施加一个驱动力，使工作台沿着导轨进行相应的运动。步骤三、建立机床工作台的导轨系统运动坐标系，以工作台下层导轨所在的直线为横坐标，垂直于下层导轨方向为纵坐标建立坐标系，重力方向为机床Z轴的负方向。在运动的导轨工作台不同平面上选择不同方向上的两点进行动力学仿真后处理，将得到的两点的速度和位移数据以.xls的格式保存。步骤四、根据平面运动刚体速度分析的瞬心法理论，对步骤三中得到的工作台上两点速度和位移数据进行计算分析，得到数控机床工作平面内不同瞬时运动中心的位置。进一步地，所述数控机床导轨系统工作台简化模型，在建模过程中，已经在导轨上加载了由激光干涉仪测量出的小位移误差和小角运动误差。进一步地，所述的在工作台上的滑块与导轨之间加载一个力使其产生无规律碰撞，因此在工作台上选择的两点在工作台运动过程中的速度大小和方向是时变的。进一步地，所述根据平面运动刚体速度分析的瞬心法理论，选择的两点p和q速度分别为Vp和Vq。过该两点分别作垂线，两垂线的交点即为工作平面的瞬时运动中心点。进一步地，所述的机床导轨系统工作台不同平面内选择的两点计算出的瞬时运动中心分为偏摆瞬心、俯仰瞬心、滚转瞬心。(三)有益效果(1)本专利技术在SolidWorks中完成对数控机床导轨系统工作台以及整体结构装配体的精确配合，可以提高装配精度，减少误差。(2)在ADAMS动力学仿真中，对数控机床导轨系统工作台与地面设定固定约束，对每个方向上的两条导轨设定驱动，设定相应的运行速度，模拟机床工作台的实际运行过程。(3)基于PostProcessorADAMS2015，工作台上两点p,q的速度和位移数据，可以快速地分析计算出沿着某方向运动时，工作平面的瞬时运动中心的具体位置，利用该瞬时运动中心进行阿贝臂的精确计算，完善数控机床综合误差建模，从而提高机床误差补偿效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为数控机床整体结构示意图；图2为数控机床导轨系统工作台的结构示意图；图3为本专利技术中涉及的一种基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法中的步骤流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合相关附图，以数控机床X向导轨系统的偏摆瞬心、俯仰瞬心、滚转瞬心为例，对本专利技术中提及的技术方案进行更加清楚详细的描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为普通数控机床加工中心的立体结构示意图，图2为数控机床导轨系统工作台的结构示意图，图3为本专利技术所涉及的一种基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法中的步骤流程图。数控机床由床身1，安装在床身上的Y轴导轨溜板2，安装在Y轴导轨溜板2上的X轴导轨溜板3，安装在X轴导轨溜板3上的工作台4，安装在床身1上的Z轴导轨溜板5以及安装在Z轴导轨溜板5上的主轴6构成。以沿着工作台X向导轨运动时工作平面偏摆瞬心的确定为例进行详细说明。步骤一，将数控机床导轨系统工作台的SolidWorks简化模型导入ADAMS工作环境中，以实际BV75数控机床为例，设定导轨系统工作台各部分材料参数。步骤二，在ADAMS中，对机床导轨系统工作台与地面设定固定约束，在上层X方向上的两根导轨与滑块之间施加一个力使其沿导轨运动过程中产生碰撞，同时在两根导轨上分别施加驱动力。步骤三，沿工作台X向导轨运动时，数控机床工作平面的偏摆瞬心位于XOY面上。在X向导轨溜板上选择不在同一直线上的两个点p和q，设定一速度运行导轨工作台，运行过程中速度和位移数据是时变的，在PostPro本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在SolidWorks环境中建立数控机床导轨系统工作台简化模型，并在SolidWorks中建立数控机床整体结构；步骤二、将SolidWorks中建立的数控机床导轨系统工作台简化模型保存为*.x_t的格式，导入到ADAMS动力学仿真环境中。首先设定环境参数，工作台的几何尺寸、材料参数；在ADAMS中设定导轨系统工作台与地面的接触并添加固定约束，在工作台上的滑块与导轨之间加载一个力使其产生无规律碰撞；然后在工作台两根导轨上分别施加一个驱动力，使工作台沿着导轨进行相应的运动。步骤三、建立机床工作台的导轨系统运动坐标系，以工作台下层导轨所在的直线为横坐标，垂直于下层导轨方向为纵坐标建立坐标系，重力方向为机床Z轴的负方向。在运动的导轨工作台不同平面上选择不同方向上的两点进行动力学仿真后处理，将得到的两点的速度和位移数据以.xls的格式保存。步骤四、根据平面运动刚体速度分析的瞬心法理论，对步骤三中得到的工作台上两点速度和位移数据进行计算分析，得到数控机床工作平面内不同瞬时运动中心的位置。...

【技术特征摘要】
1.基于SolidWorks、ADAMS的数控机床工作平面瞬时运动中心的确定方法,其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在SolidWorks环境中建立数控机床导轨系统工作台简化模型，并在SolidWorks中建立数控机床整体结构；步骤二、将SolidWorks中建立的数控机床导轨系统工作台简化模型保存为*.x_t的格式，导入到ADAMS动力学仿真环境中。首先设定环境参数，工作台的几何尺寸、材料参数；在ADAMS中设定导轨系统工作台与地面的接触并添加固定约束，在工作台上的滑块与导轨之间加载一个力使其产生无规律碰撞；然后在工作台两根导轨上分别施加一个驱动力，使工作台沿着导轨进行相应的运动。步骤三、建立机床工作台的导轨系统运动坐标系，以工作台下层导轨所在的直线为横坐标，垂直于下层导轨方向为纵坐标建立坐标系，重力方向为机床Z轴的负方向。在运动的导轨工作台不同平面上选择不同方向上的两点进行动力学仿真后处理，将得到的两点的速度和位移数据以.xls的格式保存。步骤四...

【专利技术属性】
技术研发人员：李莉，杨洪涛，张铈岱，庞勇军，张宇，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34