一种用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚实同步方法技术

本发明专利技术涉及数控机床技术领域，具体为一种用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚实同步方法，包括如下步骤：S1，建立多轴进给系统的时变耦合机理模型，首先获取多轴进给系统的结构属性，得到进给系统的多自由度刚柔耦合传递函数模型；S2，建立数据驱动模型，在几何层，针对进给系统反向间隙的跃变性，借助伺服驱动器采集得到各轴的位移、速度、加速度数据，采用机器学习方法，表征反向间隙对多轴进给系统位姿变化的影响关系；S3，建立信号接口模型；S4，数字孪生体集成；S5，虚实同步。本发明专利技术意在提供一种用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚实同步方法，以解决在复杂情况下，模型描述不全面的问题。面的问题。面的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚实同步方法


[0001]本专利技术涉及数控机床
，具体为一种用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚实同步方法。

技术介绍

[0002]目前有关数控机床的建模方法多局限于某一方面的建模方法，例如中国专利文献CN104483900A公开了一种半闭环控制数控机床滚珠丝杠进给系统定位误差建模方法，该方法主要解决了因环境温度与丝杠工作温度的变化导致进给系统定位误差预测的问题，其关键之处在于考虑了丝杠不同的安装支承方式对进给系统热误差的影响，通过多元线性回归理论建立了数控机床滚珠丝杠进给系统定位误差预测模型。再比如中国专利文献CN102478786A公开了一种五轴数控机床建模和装配方法，该方法对单个零件进行三维建模步骤，即按照五轴数控机床的零件的实际尺寸，画出三维图形；装配步骤，即在对五轴数控机床的所有零件进行三维建模后，利用UG三维平台进行虚拟装配，在装配图的环境下，分别调入需要装配的环境以及需要装配的零部件，通过约束条件对各零件进行位置方向约束，然后再对五轴数控机床的各部件进行虚拟装配，最后对机床总体进行装配本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚实同步方法，其特征在于：包括如下步骤：S1，建立多轴进给系统的时变耦合机理模型，首先获取多轴进给系统的结构属性，包括形位尺寸、装配关系和相对运动关系，在几何层对其进行表达；然后获取多轴进给系统的力学属性，包括静力学和动力学，在物理层对其进行表达，采用达朗贝尔定理与拉普拉斯变换，得到进给系统的多自由度刚柔耦合传递函数模型，然后通过辨识实验，得到进给系统的时变刚柔耦合传递函数矩阵，物理层是在几何层的基础上进行的深一层次的表达；然后获取多轴进给系统的控制属性，用于各轴的运动与定位控制，采用基于全局任务坐标系的多参数增益调度控制策略，在行为层对其进行表达，得到多轴进给系统的时变耦合机理模型，行为层是基于物理层的时变耦合传递函数矩阵，集成增益调度控制策略的进一步深层表达；然后通过实验获取多轴进给系统的结构参数、动力学参数、控制器参数的变化规律，拟合后在规则层对其进行表达；S2，建立数据驱动模型，在几何层，针对进给系统反向间隙的跃变性，借助伺服驱动器采集得到各轴的位移、速度、加速度数据，采用机器学习方法，表征反向间隙对多轴进给系统位姿变化的影响关系；在物理层，针对惯性力、切削力的不确定性，借助伺服驱动器和外置传感器采集位置和力数据，采用机器学习方法，表征惯性力和切削力作用下多轴进给系统的动态响应；在行为层，针对反向间隙和摩擦力的跃变性，采集位移、速度、力矩数据，采用高斯过程回归法，表征多轴进给系统运行过程中的跃变现象，包括死区和爬行；在规则层，通过对采集得到的多种数据进行大数据分析，采用深度学习方法，表征非线性外干扰作用下多轴进给系统位姿、动态响应、跃变及其相互间的影响关系；S3，建立信号接口模型，针对多轴进给系统控制系统、伺服驱动、机械传动、传感器间的信号传递过程，在几何层建立指令信号与位置参数的关系接口，在物理层建立传感器信号与动态特性参数间的关系接口，在行为层建立物理空间
‑
数字空间信号传输的协议接口，在规则层建立虚
‑
实之间、虚
‑
虚之间、实
‑
实之间的信号传递格式、译码规则；S4，数字孪生体集成，基于通用语义表征方法，采用统一建模语言，将时变耦合机理模型、数据驱动模型、信号接口模型，从几何层、物理层、行为层、规则层分别进行集成表达，得到多轴进给系统的高保真数字孪生体；S5，虚实同步，通过具备强兼容性的通讯协议，建立数字孪生体与物理实体间的双向感知关系，通过构建慢时间尺度下数字孪生体重构模型，实现虚实同步。2.根据权利要求1所述的用于多轴数控机床的数字孪生体建模与虚...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，王勇，高翔，吴晓强，
申请(专利权)人：天津市天森智能设备有限公司内蒙古民族大学，
类型：发明
国别省市：