一种混联机床主轴头标定方法及混联机床主轴头技术

本发明专利技术涉及一种混联机床主轴头标定方法及混联机床主轴头，混联机床主轴头标定方法包括如下步骤：S1、得到带误差项的运动学模型；S2、通过解析的方法获得刀具中心点的位置误差传递矩阵T；S3、将多个长度不同的刀具分别安装于主轴头，测量各个姿态下对应的刀具中心点的实际位置，根据刀具中心点的实际位置与刀具中心点的理论位置求得刀具中心点的位置误差dP

【技术实现步骤摘要】
一种混联机床主轴头标定方法及混联机床主轴头


[0001]本专利技术涉及机床制造
，特别是涉及一种混联机床主轴头标定方法及混联机床主轴头。

技术介绍

[0002]混联机床结合了串联机构和并联机构的优点，相比于传统机床，在精度和刚度有明显提高，而且重量轻，加工灵活性好。混联机床的主轴头存在理论位置和实际位置，因为主轴头存在被动关节，在制造和装配过程中会产生几何误差，导致混联机床的实际位置和理论位置不相等，从而使实际加工精度低于比理论加工精度。
[0003]常通需要对主轴头进行标定，从而对主轴头进行误差补偿，进而补偿机床的终端误差，提高机床的终端加工精度。但是现有的主轴头标定方法，只能对一定范围的误差进行测量，只能在一定范围内对主轴头进行误差补偿，导致只能在一定范围内补偿机床的终端误差。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对标定范围有限的问题，提供一种混联机床主轴头标定方法。
[0005]一种混联机床主轴头标定方法，包括：
[0006]S1、建立主轴头的运动学模型和几何误差模型，将几何误差模型代入运动学模型中，得到带误差项的运动学模型；
[0007]S2、建立带刀具长度参数的刀具中心点的运动学正解方程，将输入向量参数代入所述刀具中心点的运动学正解方程，通过解析的方法获得刀具中心点的位置误差传递矩阵T；
[0008]S3、将多个长度不同的刀具分别安装于所述主轴头，将所述输入向量参数赋予不同数值得到不同输入向量，通过RTCP功能驱动混联机床，使刀具中心点的理论位置不变，所述主轴头基于不同的所述输入向量运动到不同的姿态，测量各个姿态下对应的刀具中心点的实际位置，根据所述刀具中心点的实际位置与所述刀具中心点的理论位置求得刀具中心点的位置误差dP
*
；
[0009]S4、将S3中得到的所述输入向量、所述刀具的长度代入所述位置误差传递矩阵T，求得误差辨识矩阵T
*
，通过所述误差辨识矩阵T
*
以及S3中测得的各个姿态下对应的所述刀具中心点的位置误差dP
*
，计算出所述主轴头的几何误差参数；
[0010]S5、将S4中计算得到的所述几何误差参数代入到所述带误差项的运动学模型中，实现误差补偿，完成运动学标定。
[0011]在其中一个实施例中，所述刀具选用球头检棒，将长度不同，但球径相同的第一球头检棒和第二球头检棒分别安装于所述主轴头，S3包括以下步骤：
[0012]S31、设置所述第一球头检棒的中心点理论位置为[X(1，0)Y(1，0)Z(1，0)]T
，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，
i)q2(1，i)q3(1，i)]T
，读出所述第一球头检棒此时的中心点坐标[X(1，i)Y(1，i)Z(1，i)]T
，则当所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i)q2(1，i)q3(1，i)]T
时，所述第一球头检棒的中心点的位置误差为[X(1，i)Y(1，i)Z(1，i)]T
‑
[X(1，0)Y(1，0)Z(1，0)]T
，重复执行多次，得到多组所述第一球头检棒的中心点位置误差；
[0013]S32、保持所述第二球头检棒的中心点理论位置为[X(1，0)Y(1，0)Z(1，0)]T
，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(2，i)＝[q1(2，i)q2(2，i)q3(2，i)]T
，读出所述第二球头检棒此时的中心点坐标[X(2，i)Y(2，i)Z(2，i)]T
，则当所述输入向量为q(2，i)＝[q1(2，i)q2(2，i)q3(2，i)]T
时，所述第二球头检棒的中心点的位置误差为[X(2，i)Y(2，i)Z(2，i)]T
‑
[X(1，0)Y(1，0)Z(1，0)]T
，重复执行多次，得到多组所述第二球头检棒的中心点位置误差。
[0014]在其中一个实施例中，在步骤S3中，利用三个千分表对所述第一球头检棒进行定位；
[0015]在S31以前，安装三个所述千分表，使三个所述千分表的指针落在所述第一球头检棒的球头球面上，此时读出三个所述千分表的读数[x
1 y
1 z1]T
；
[0016]在S31中，当所述混联机床运动到下一个姿态后，使所述混联机床使沿XYZ轴方向运动，直到三个所述千分表的读数重新变为[x
1 y
1 z1]T
，此时再读取所述第一球头检棒此时的中心点坐标[X(1，i)Y(1，i)Z(1，i)]T
；
[0017]在S32以前，在所述第一球头检棒的安装位置处安装所述第二球头检棒，使三个所述千分表的指针落在所述第二球头检棒的球头球面上，此时三个所述千分表的读数[x
1 y
1 z1]T
；
[0018]在S32中，当所述混联机床运动到下一个姿态后，使所述混联机床使沿XYZ轴方向运动，直到三个所述千分表的读数重新变为[x
1 y
1 z1]T
，此时再读取所述第二球头检棒此时的中心点坐标[X(2，i)Y(2，i)Z(2，i)]T
。
[0019]在其中一个实施例中，步骤S4中，根据所述第一球头检棒的中心点的位置误差和所述第二球头检棒的中心点的位置误差得到堆叠后的位置误差矩阵dP
*
，所述位置误差矩阵dP
*
和所述误差辨识矩阵T
*
分别为：
[0020][0021]其中，m表示所述第一球头检棒的测量的多个姿态的个数，n表示所述第二球头检棒的测量的多个姿态的个数，N表示测量的多个姿态的总个数；
[0022]构建误差辨识方程为：
[0023]dP
*
＝T
*
dr
[0024]通过正则化最小二乘法对dr进行辨识：
[0025]dr＝(T
*T
T
*
+μI)
‑1T
*T
dP
*
[0026]其中μ是正则化因子，I是正则矩阵，通常取单位矩阵。
[0027]在其中一个实施例中，所述刀具选用球头检棒，将长度和球径均不同第一球头检棒和第二球头检棒分别安装于所述主轴头，S3包括以下步骤：
[0028]S31、设置所述第一球头检棒的中心点理论位置为[X(1，0)Y(1，0)Z(1，0)]T
，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i)q2(1，i)q3(1，i)]T
，读出所述第一球头检棒此时的中心点坐标[X(1，i)Y(1，i)Z(1，i)]T
，则当所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i)q2(1，i)q3(1，i)]T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混联机床主轴头标定方法，其特征在于，包括：S1、建立主轴头的运动学模型和几何误差模型，将几何误差模型代入运动学模型中，得到带误差项的运动学模型；S2、建立带刀具长度参数的刀具中心点的运动学正解方程，将输入向量参数代入所述刀具中心点的运动学正解方程，通过解析的方法获得刀具中心点的位置误差传递矩阵T；S3、将多个长度不同的刀具分别安装于所述主轴头，将所述输入向量参数赋予不同数值得到不同输入向量，通过RTCP功能驱动混联机床，使刀具中心点的理论位置不变，所述主轴头基于不同的所述输入向量运动到不同的姿态，测量各个姿态下对应的刀具中心点的实际位置，根据所述刀具中心点的实际位置与所述刀具中心点的理论位置求得刀具中心点的位置误差dP
*
；S4、将S3中得到的所述输入向量、所述刀具的长度代入所述位置误差传递矩阵T，求得误差辨识矩阵T
*
，通过所述误差辨识矩阵T
*
以及S3中测得的各个姿态下对应的所述刀具中心点的位置误差dP
*
，计算出所述主轴头的几何误差参数；S5、将S4中计算得到的所述几何误差参数代入到所述带误差项的运动学模型中，实现误差补偿，完成运动学标定。2.根据权利要求1所述的混联机床主轴头标定方法，其特征在于，所述刀具选用球头检棒，将长度不同，但球径相同的第一球头检棒和第二球头检棒分别安装于所述主轴头，S3包括以下步骤：S31、设置所述第一球头检棒的中心点理论位置为[X(1，0) Y(1，0) Z(1，0)]
T
，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i) q2(1，i) q3(1，i)]
T
，读出所述第一球头检棒此时的中心点坐标[X(1，i) Y(1，i) Z(1，i)]
T
，则当所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i) q2(1，i) q3(1，i)]
T
时，所述第一球头检棒的中心点的位置误差为[X(1，i) Y(1，i) Z(1，i)]
T
‑
[X(1，0) Y(1，0) Z(1，0)]
T
，重复执行多次，得到多组所述第一球头检棒的中心点位置误差；S32、保持所述第二球头检棒的中心点理论位置为[X(1，0) Y(1，0) Z(1，0)]
T
，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(2，i)＝[q1(2，i) q2(2，i) q3(2，i)]
T
，读出所述第二球头检棒此时的中心点坐标[X(2，i) Y(2，i) Z(2，i)]
T
，则当所述输入向量为q(2，i)＝[q1(2，i) q2(2，i) q3(2，i)]
T
时，所述第二球头检棒的中心点的位置误差为[X(2，i) Y(2，i) Z(2，i)]
T
‑
[X(1，0) Y(1，0) Z(1，0)]
T
，重复执行多次，得到多组所述第二球头检棒的中心点位置误差。3.根据权利要求2所述的混联机床主轴头标定方法，其特征在于，在步骤S3中，利用三个千分表对所述第一球头检棒和所述第二球头检棒进行定位；在S31以前，安装三个所述千分表，使三个所述千分表的指针落在所述第一球头检棒的球头球面上，此时读出三个所述千分表的读数[x
1 y
1 z1]
T
；在S31中，当所述混联机床运动到下一个姿态后，使所述混联机床使沿XYZ轴方向运动，直到三个所述千分表的读数重新变为[x
1 y
1 z1]
T
，此时再读取所述第一球头检棒此时的中心点坐标[X(1，i) Y(1，i) Z(1，i)]
T
；在S32以前，在所述第一球头检棒的安装位置处安装所述第二球头检棒，使三个所述千分表的指针落在所述第二球头检棒的球头球面上，此时三个所述千分表的读数[x
1 y
1 z1]
T
；
在S32中，当所述混联机床运动到下一个姿态后，使所述混联机床使沿XYZ轴方向运动，直到三个所述千分表的读数重新变为[x
1 y
1 z1]
T
，此时再读取所述第二球头检棒此时的中心点坐标[X(2，i) Y(2，i) Z(2，i)]
T
。4.根据权利要求3所述的混联机床主轴头标定方法，其特征在于，步骤S4中，根据所述第一球头检棒的中心点的位置误差和所述第二球头检棒的中心点的位置误差得到堆叠后的位置误差矩阵dP
*
，所述位置误差矩阵dP
*
和所述误差辨识矩阵T
*
分别为：其中，m表示所述第一球头检棒的测量的多个姿态的个数，n表示所述第二球头检棒的测量的多个姿态的个数，N表示测量的多个姿态的总个数；构建误差辨识方程为：dP
＊
＝T
*
dr通过正则化最小二乘法对dr进行辨识：dr＝(T
*T
T
*
+μI)
‑1T
*T
dP
＊
其中μ是正则化因子，I是正则矩阵，通常取单位矩阵。5.根据权利要求1所述的混联机床主轴头标定方法，其特征在于，所述刀具选用球头检棒，将长度和球径均不同第一球头检棒和第二球头检棒分别安装于所述主轴头，S3包括以下步骤：S31、设置所述第一球头检棒的中心点理论位置为[X(1，0) Y(1，0) Z(1，0)]
T
，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i) q2(1，i) q3(1，i)]
T
，读出所述第一球头检棒此时的中心点坐标[X(1，i) Y(1，i) Z(1，i)]
T
，则当所述输入向量为q(1，i)＝[q1(1，i) q2(1，i) q3(1，i)]
T
时，所述第一球头检棒的中心点的位置误差为[X(1，i) Y(1，i) Z(1，i)]
T
‑
[X(1，0) Y(1，0) Z(1，0)]
T
，重复执行多次，得到多组所述第一球头检棒的中心点的位置误差；S32、在所述第一球头检棒的安装位置处安装所述第二球头检棒，此时所述第二球头检棒的中心点理论位置的Z坐标为Z(2，0)＝Z(1，0)
‑
(L1
‑
L2)，L1为所述第一球头检棒的长度，L2为所述第二球头检棒的长度；；保持所述第二球头检棒的中心点理论Z坐标为Z(2，0)，通过所述RTCP功能驱动所述混联机床运动到下一个姿态，记录所述输入向量为q(2，i)＝[q1(2，i) q2(2，i) q3(2，i)]
T
，读出所述第二球头检棒此时的Z坐标Z(2，i)，则当所述输入向量为q(2，i)＝[q1(2，i) q2(2，i) q3(2，i)]
T
时，所述第二球头检棒的中心点在Z方向的位置误差为[Z(2，j)
‑
Z(2，0)]。6.根据权利要求5所述的混联机床主轴头标定方法，其特征在于，在步骤S3中，利用三个千分表对所述第一球头检棒进行定位；在S31以前，安装三个所述千分表，使三个所述千分表的指针落在所述第一球头检棒的
球头球面上，此时读出三个千分表的读数[x
1 y
1 z1]

【专利技术属性】
技术研发人员：王立平，于广，李梦宇，李伟涛，孔祥昱，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：