一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法技术

本发明专利技术涉及一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法，重载多自由度包络成形装备采用六支链并联构型，伺服电机通过连轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆与滑块连接，滑块与上球座连接，上球座与连杆的上球头形成球面副，连杆的下球头与下球座形成球面副；误差预测方法包括以下步骤：S1、建立多自由度包络成形装备运动学模型；S2、确定多自由度包络成形装备误差表达方法；S3、确定多自由度包络成形装备误差传递计算方法；S4、进行多自由度包络成形装备误差敏感度分析；S5、确定多自由度包络成形装备误差标定方案；S6、确定多自由度包络成形装备误差预测方法。通过本发明专利技术可以显著提升装备的运行与控制精度，从而实现薄壁高筋极端结构高精度成形。高精度成形。高精度成形。

【技术实现步骤摘要】
一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法


[0001]本专利技术涉及成形装备
，更具体地说，涉及一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法。

技术介绍

[0002]多自由度包络成形技术是一种先进的连续局部加载金属成形技术，具有成形力小、耗能低、精度高、柔性好的特点，可以用较小的力成形大构件，特别适合制造复杂高性能航空航天薄壁高筋构件。并联式机构可以较好地作为多自由度包络成形工艺的载体实现多自由度运动，具有高刚度、低误差累积、动力学性能良好等优势，可以在实现装备轻量化的情况下，满足机构精准控制、重载荷成形等工况要求。多自由度并联式伺服驱动包络成形装备的模具对构件包络成形需要模具包络运动与力按理论设计实时匹配，而装备零部件加工装配误差的存在将会对包络成形模具的运动轨迹产生较大影响，从而影响构件的高精度成形。加工装配误差在装备制造过程中无法避免，由于并联装备的多支链结构，加工装配误差传递将会变得十分复杂。目前，还没有关于重载多自由度包络成形装备误差预测方法的报道。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题在于，提供一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法，可以显著提升装备的运行与控制精度。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法，重载多自由度包络成形装备采用六支链并联构型，伺服电机通过连轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆与滑块连接，滑块与上球座连接，上球座与连杆的上球头形成球面副，连杆的下球头与下球座形成球面副；六个完全相同的支链按一定装配角度关系与上模座连接，上模与上模座连接，伺服电机、滚珠丝杆、滑块和上球座安装在成形装备机架上；误差预测方法包括以下步骤：
[0005]S1、建立多自由度包络成形装备运动学模型；
[0006]S2、确定多自由度包络成形装备误差表达方法；
[0007]S3、确定多自由度包络成形装备误差传递计算方法；
[0008]S4、进行多自由度包络成形装备误差敏感度分析；
[0009]S5、确定多自由度包络成形装备误差标定方案；
[0010]S6、确定多自由度包络成形装备误差预测方法。
[0011]按上述方案，在所述步骤S1中，在装备机架静平台上建立坐标系S
A
(O
A
‑
x
A
y
A
z
A
)，坐标系原点为机架静平台中心O
A
，z
A
轴垂直于机架静平台；在装备上模座建立坐标系S
C
(O
C
‑
x
C
y
C
z
C
)，坐标系原点为上模座中心O
C
，z
C
轴垂直于上模座；滑块在机架静平台的初始位置为A1，A2，A3，A4，A5，A6，滑块在初始位置时坐标系S
A
，S
C
对应坐标轴相互平行；连杆上球头
‑
上球座中心为B1，B2，B3，B4，B5，B6，连杆下球头
‑
下球座中心为C1，C2，C3，C4，C5，C6；
[0012]装备没有加工装配误差时，A1，A2，A3，A4，A5，A6在坐标系S
A
中的位置矢量为由式(1)确定：
[0013][0014]式中，r
A
为A1，A2，A3，A4，A5，A6所在平面圆半径，为A1，A2，A3，A4，A5，A6相邻两中心点对应的圆心角，为装备6个滑块相对机架静平台的位移量；
[0015]装备没有加工装配误差时，C1，C2，C3，C4，C5，C6在坐标系S
C
中的位置矢量为由式(2)确定：
[0016][0017]式中，r
C
为C1，C2，C3，C4，C5，C6所在平面圆半径，为C1，C2，C3，C4，C5，C6相邻两中心点对应的圆心角；
[0018]装备没有加工装配误差时，多自由度包络成形过程中上模中心点在坐标系S
C
(O
C
‑
x
C
y
C
z
C
)中的空间位置由式(3)表示：
[0019]g
p
＝[α
p
，β
p
，γ
p
，x
p
，y
p
，z
p
]T
ꢀꢀꢀ
(3)
[0020]式中，α
p
，β
p
，γ
p
表示绕x
C
y
C
z
C
坐标轴的角度值，x
p
，y
p
，z
p
表示沿x
C
y
C
z
C
坐标轴的位置值；
[0021]根据式(3)，装备没有加工装配误差时，S
C
到S
A
坐标变换矩阵由式(4)表示：
[0022][0023]装备没有加工装配误差时，装备支链的矢量约束条件由式(5)确定：
[0024][0025]式中，l
i
是装备连杆的长度；
[0026]根据式(1)
‑
(5)，求解出上模多自由度运动对应的各滑块位移量
[0027]按上述方案，在所述步骤S2中，装备加工装配误差考虑丝杆
‑
丝杆缸、上球座
‑
上球头、连杆、下球头
‑
下球座的加工装配误差，并用小位移旋量表达，分别为每支链丝杆、上球座、下球座固定坐标系，丝杆坐标系原点位于其轴线上，上球座坐标系原点位于其球座心，下球座坐标系原点位于其球座心；分别为每支链丝杠缸、上球头、下球头固定坐标系，丝杆缸坐标系原点位于其轴线上，上球头坐标系原点位于其球心，下球头坐标系原点位于其球心；当装备没有加工装配误差时，坐标系原点
分别与重合，当装备有加工装配误差时，坐标系原点到坐标系原点之间的误差分别为即6个支链丝杠
‑
丝杠缸加工装配总误差为6个支链上球座
‑
上球头加工装配总误差为6个支链下球头
‑
下球座加工装配总误差为6个支链连杆加工总误差为上述4项总误差分别用式(6)所示的小位移旋量表示：
[0028][0029]进一步，式(6)中的未知量由式(7)求出：
[0030][0031]式(6)
‑
(7)中，分别为各支链丝杆
‑
丝杆缸加工装配误差旋量，分别为各支链上球座
‑
上球头加工装配误差旋量，分别为各支链下球头
‑
下球座加工装配误差旋量，下球座加工装配误差旋量，表示误差的幅值，表示误差单位旋量。
[0032本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种重载多自由度包络成形装备误差预测方法，重载多自由度包络成形装备采用六支链并联构型，伺服电机通过连轴器与滚珠丝杆连接，滚珠丝杆与滑块连接，滑块与上球座连接，上球座与连杆的上球头形成球面副，连杆的下球头与下球座形成球面副；六个完全相同的支链按一定装配角度关系与上模座连接，上模与上模座连接，伺服电机、滚珠丝杆、滑块和上球座安装在成形装备机架上；其特征在于，误差预测方法包括以下步骤：S1、建立多自由度包络成形装备运动学模型；S2、确定多自由度包络成形装备误差表达方法；S3、确定多自由度包络成形装备误差传递计算方法；S4、进行多自由度包络成形装备误差敏感度分析；S5、确定多自由度包络成形装备误差标定方案；S6、确定多自由度包络成形装备误差预测方法。2.根据权利要求1所述的重载多自由度包络成形装备误差预测方法，其特征在于，在所述步骤S1中，在装备机架静平台上建立坐标系坐标系原点为机架静平台中心O
A
，z
A
轴垂直于机架静平台；在装备上模座建立坐标系S
C
(O
C
‑
x
C
y
C
z
C
)，坐标系原点为上模座中心O
C
，z
C
轴垂直于上模座；滑块在机架静平台的初始位置为A1，A2，A3，A4，A5，A6，滑块在初始位置时坐标系S
A
，S
C
对应坐标轴相互平行；连杆上球头
‑
上球座中心为B1，B2，B3，B4，B5，B6，连杆下球头
‑
下球座中心为C1，C2，C3，C4，C5，C6；装备没有加工装配误差时，A1，A2，A3，A4，A5，A6在坐标系S
A
中的位置矢量为由式(1)确定：式中，r
A
为A1，A2，A3，A4，A5，A6所在平面圆半径，为A1，A2，A3，A4，A5，A6相邻两中心点对应的圆心角，为装备6个滑块相对机架静平台的位移量；装备没有加工装配误差时，C1，C2，C3，C4，C5，C6在坐标系S
C
中的位置矢量为由式(2)确定：式中，r
C
为C1，C2，C3，C4，C5，C6所在平面圆半径，为C1，C2，C3，C4，C5，C6相邻两中心点对应的圆心角；装备没有加工装配误差时，多自由度包络成形过程中上模中心点在坐标系S
C
(O
C
‑
x
C
y
C
z
C
)中的空间位置由式(3)表示：g
p
＝[α
p
，β
p
，γ
p
，x
p
，y
p
，z
p
]
T
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，α
p
，β
p
，γ
p
表示绕x
C
y
C
z
C
坐标轴的角度值，x
p
，y
p
，z
p
表示沿x
C
y
C
z
C
坐标轴的位置值；根据式(3)，装备没有加工装配误差时，S
C
到S
A
坐标变换矩阵由式(4)表示：
装备没有加工装配误差时，装备支链的矢量约束条件由式(5)确定：式中，l
i
是装备连杆的长度；根据式(1)
‑
(5)，求解出上模多自由度运动对应的各滑块位移量3.根据权利要求2所述的重载多自由度包络成形装备误差预测方法，其特征在于，在所述步骤S2中，装备加工装配误差考虑丝杆
‑
丝杆缸、上球座
‑
上球头、连杆、下球头
‑
下球座的加工装配误差，并用小位移旋量表达，分别为每支链丝杆、上球座、下球座固定坐标系，丝杆坐标系原点位于其轴线上，上球座坐标系原点位于其球座心，下球座坐标系原点位于其球座心；分别为每支链丝杠缸、上球头、下球头固定坐标系，丝杆缸坐标系原点位于其轴线上，上球头坐标系原点位于其球心，下球头坐标系原点位于其球心；当装备没有加工装配误差时，坐标系原点分别与重合，当装备有加工装配误差时，坐标系原点到坐标系原点之间的误差分别为即6个支链丝杠
‑
丝杠缸加工装配总误差为6个支链上球座
‑
上球头加工装配总误差为6个支链下球头
‑
下球座加工装配总误差为6个支链连杆加工总误差为上述4项总误差分别用式(6)所示的小位移旋量表示：进一步，式(6)中的未知量由式(7)求出：式(6)
‑
(7)中，分别为各支链丝杆
‑
丝杆缸加工装配误差旋量，分别为各支链上球座
‑
上球头加工装配误差旋量，分别为各支链下球头
‑
下球座加工装配误差旋量，表示误差的幅值，
表示误差单位旋量。4.根据权利要求3所述的重载多自由度包络成形装备误差预测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，利用指数积公式将误差旋量转变为用于误差传递计算的坐标变换矩阵，通过连续的坐标变换，将装备加工装配误差累积到机架静平台参考坐标系；将式(6)中的分别转换成指数积形式，如式(8)所示：式中，分别为丝杠
‑
丝杠缸固定坐标系、上球座
‑
上球头固定坐标系、下球头
‑
下球座固定坐标系之间的误差传递坐标变换矩阵；装备有加工装配误差时，A1，A2，A3，A4，A5，A6在坐标系S
A
中的位置矢量为由式(9)确定：式中，由式(8)求出；装备有加工装配误差时，C1，C2，C3，C4，C5，C6在坐标系S
C
中的位置矢量为由式(10)确定：式中，由式(8)求出；装备有加工装配误差时，装备支链的矢量约束条件由式(11)确定：式中，T
e
为装备有加工装配误差时，坐标系S
C
到坐标系S
A
的坐标变换矩阵；装备有加工装配误差时，多自由度包络成形过程中上模中心点在坐标系S
C
(O
C
‑
x
C
y
C

【专利技术属性】
技术研发人员：韩星会，华林，郑方焱，黄博，庄武豪，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：