[发明专利]考虑非线性误差和广义模态的数控机床运动链设计方法

说明书

本发明公开了一种考虑非线性误差和广义模态的数控机床运动链设计方法。构建运动链设计计算模型，以最小化累积非线性误差和最小化广义模态的倒数为求解目标；生成运动链构型种群，对其中每个运动链构型，标定工件坐标系，将刀位数据经无行程约束的旋转变换和直线变换得到得N组机床姿态；判断运动链构型是否与实现工件成形所需的机床运动相符，若不符则进行运动链重构；使用神经网络模型计算广义模态，使用微分法计算累积非线性误差；求解运动链设计计算模型得Pareto解集，利用TOPSIS法得最优运动链构型。本发明克服了传统运动链设计方法依赖经验、仅考虑零件成形特征、适用性不强的缺点，改善了机床的运动学、动力学特性，提高了机床的加工精度。

技术领域

本发明涉及数控机床领域，尤其是涉及一种考虑非线性误差和广义模态的数控机床运动链设计方法。

背景技术

数控机床整机方案设计指导着后续设计工作，对机床性能起着决定性作用。运动链设计是整机方案设计的首要工作，而传统的类比和经验设计法受经验束缚。目前，产品的个性化、定制化已成为机械装备设计、制造的大趋势，类比和经验法得到的数控机床运动链不能满足个性化和定制化的加工需求，尤其是加工如航天发动机叶轮这类具有复杂自由曲面的零件。

这一领域集中在多轴数控机床运动链的分类与综合问题的研究上，缺乏科学、系统的数控机床运动链设计方法。目前，基于解析刀具与工件间位姿矩阵的创成式运动链设计方法，仅能针对简单零件，且创成方案过多，更为重要的是未能考虑运动链的运动学、动力学、精度性能，仅考虑零件成形特征。在完成同一个加工任务时，某些运动链的固有缺陷将引起加工误差大、运动效率低下、占用工作空间大、产生奇异点、产生干涉等后果。这些缺陷能够通过后续设计中的相关优化算法减少，但并不能完全消除。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种考虑非线性误差和广义模态的数控机床运动链设计方法，目的是为了通过构建并求解数控机床运动链设计计算模型，得到满足复杂曲面工件加工需求的最优数控机床运动链，改善机床的运动学、动力学特性，提高机床的加工精度。

为了实现上述目的，如图1所示，本发明采用的技术方案是：

步骤(1)：构建运动链设计计算模型，以最小化累积非线性误差∑ε_non和最小化广义模态的倒数M^-1为求解目标，初始化运动链构型种群代数g，令g＝1；

步骤(2)：生成第g代运动链构型种群，以运动链构型KC作为种群个体，并获得运动链构型种群中的个体序号p，即运动链构型的序号，令p＝1；

所述步骤2)中，当g＝1时，随机生成第g代运动链构型种群，并初始化运动链构型种群个体序号p，令p＝1，p＝1,2,3…,P，P表示运动链构型种群中个体的总数。

步骤(3)：针对第g代运动链构型种群中的第p个运动链构型KC，对第p个运动链构型KC进行工件坐标系相对于机床坐标系的标定，标定后会确定机床坐标系的XYZ轴，然后将待加工复杂曲面工件的刀位数据经无行程约束的旋转变换和直线变换得到得N组机床姿态D_t；