一种通用的数控机床运动学建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种通用的数控机床运动学建模方法，其通过建立数控机床中各根轴的三维坐标系，然后在每根轴的三维坐标系的基础上，获取相邻的Z轴之间的最短距离和夹角以及相邻的X轴之间的最短距离和夹角，接着获取相邻的两个三维坐标系之间的变换矩阵，最终根据变换矩阵建立得到数控机床的运动学模型，由于这种运动学模型的建立过程不依赖于数控机床的结构，因此建立得到的运动学模型的可移植性和通用性好，可适用于各种数控设备。
【专利说明】一种通用的数控机床运动学建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数控机床，尤其是涉及一种通用的数控机床运动学建模方法。
【背景技术】
[0002]目前，一般的数控机床运动学模型都是通过对数控机床的结构和运动过程进行具体分析处理建立而成的，其建立的数控机床运动学模型的可移植性和通用性很差，难以适应数控机床结构的不断发展；此外，如果利用这种方式建立的数控机床运动学模型加工轮廓比较复杂的对象，则加工精度较低。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种通用的数控机床运动学建模方法，其建立的数控机床运动学模型的可移植性和通用性好，且能够有效地提高加工轮廓比较复杂的对象的精度。
[0004]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种通用的数控机床运动学建模方法，其特征在于包括以下步骤:
[0005]①确立数控机床的基准三维坐标系，然后在数控机床的基准三维坐标系中，确定数控机床中的各根轴的空间位置；
[0006]②确定数控机床中的机床底座的三维坐标系和刀具的三维坐标系，并将机床底座的三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴对应记为Y0和Ztl,将刀具的三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴对应记为XN+1、YN+1和zN+1，其中，机床底座的三维坐标系为步骤①中确立的基准三维坐标系；然后根据数控机床中的每根轴的空间位置，建立数控机床中的每根轴的三维坐标系，将第i根轴的三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴对应记为XpYi和Zi,其中，I≤i≤N，N表示数控机床中的轴的总根数；
[0007]③计算第I根轴的三维坐标系中的Z轴Z1与Ztl之间的最短距离和夹角，对应记为(121和CI1 ;计算相邻的两根轴的三维坐标系中的Z轴之间的最短距离和夹角，将第j根轴的三维坐标系中的Z轴Zj与第j-ι根轴的三维坐标系中的Z轴Zp1之间的最短距离和夹角对应记为dZj和a j，其中，2≤j≤N ;计算ZN+1与第N根轴的三维坐标系中的Z轴Zn之间的最短距离和夹角，对应记为dzN+1和α N+1 ；
[0008]计算第I根轴的三维坐标系中的X轴X1与Xtl之间的最短距离和夹角，对应记为dXl和Θ !;计算相邻的两根轴的三维坐标系中的X轴之间的最短距离和夹角，将第j根轴的三维坐标系中的X轴Xj与第j-ι根轴的三维坐标系中的X轴Xp1之间的最短距离和夹角对应记为dXj和Θ j，其中，2≤j≤N ;计算XN+1与第N根轴的三维坐标系中的X轴Xn之间的最短距离和夹角，对应记为dxN+1和θ N+1 ；
[0009]④根据dzp a 1、(Ix1和Q1,构建第I根轴的三维坐标系与机床底座的三维坐标系之间的变换矩阵，记为’，
【权利要求】
1.一种通用的数控机床运动学建模方法，其特征在于包括以下步骤: ①确立数控机床的基准三维坐标系，然后在数控机床的基准三维坐标系中，确定数控机床中的各根轴的空间位置； ②确定数控机床中的机床底座的三维坐标系和刀具的三维坐标系，并将机床底座的三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴对应记为XpYci和Ztl，将刀具的三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴对应记为XN+1、YN+1和zN+1，其中，机床底座的三维坐标系为步骤①中确立的基准三维坐标系；然后根据数控机床中的每根轴的空间位置，建立数控机床中的每根轴的三维坐标系，将第i根轴的三维坐标系中的X轴、Y轴和Z轴对应记为XpYi和Zi,其中，I≤i≤N，N表示数控机床中的轴的总根数； ③计算第I根轴的三维坐标系中的Z轴Z1与Ztl之间的最短距离和夹角，对应记为dZl和α !;计算相邻的两根轴的三维坐标系中的Z轴之间的最短距离和夹角，将第j根轴的三维坐标系中的Z轴\与第j-ι根轴的三维坐标系中的Z轴Zp1之间的最短距离和夹角对应记为dZj和a j，其中，2≤j≤N ;计算ZN+1与第N根轴的三维坐标系中的Z轴Zn之间的最短距离和夹角，对应记为dzN+1和α N+1 ； 计算第I根轴的三维坐标系中的X轴X1与Xtl之间的最短距离和夹角，对应记为dXl和Θ !;计算相邻的两根轴的三维坐标系中的X轴之间的最短距离和夹角，将第j根轴的三维坐标系中的X轴Xj与第j_l根轴的三维坐标系中的X轴Xy1之间的最短距离和夹角对应记为和Θ P其中，2≤j≤N ;计算XN+1与第N根轴的三维坐标系中的X轴Xn之间的最短距离和夹角，对应记为dxN+1和θ N+1 ； ④根据dZl、ap Clx1和Θ i，构建第I根轴的三维坐标系与机床底座的三维坐标系之间的变换矩阵，记为，
2.根据权利要求1所述的一种通用的数控机床运动学建模方法，其特征在于所述的数控机床中的轴包括所有作旋转运动的轴和所有作平移运动的轴。
3.根据权利要求1或2所述的一种通用的数控机床运动学建模方法，其特征在于所述的步骤②中第i根轴的三维坐标系的建立过程为: ②-1、将第i根轴的轴线作为第i根轴的三维坐标系中的Z轴，记为Zi ；②-2、在第i根轴的轴线上任选一点作为第i根轴的三维坐标系的原点，记为Oi ； ②_3、判断第i根轴是否为第I根轴，如果是，则将平行于第i根轴的轴线和Ztl的公垂线，且与原点(^相交的线作为第i根轴的三维坐标系中的X轴，记为Xi，然后执行步骤②-4;否则，将平行于第i根轴的轴线和第i_l根轴的轴线的公垂线，且与原点Oi相交的线作为第i根轴的三维坐标系中的X轴，记为Xi，然后执行步骤②-4 ； ②_4、根据右手法则确定第i根轴的三维坐标系中的Y轴，记为Yi,至此得到第i根轴的三维坐标系。
4.根据权利要求1或2所述的一种通用的数控机床运动学建模方法，其特征在于所述的步骤②中第i根轴的三维坐标系的建立过程为: ②-1)、将第i根轴的轴线作为第i根轴的三维坐标系中的Z轴，记为Zi ； ②-2)、如果第i根轴为第I根轴，则在第i根轴的轴线上，选择与第i根轴的轴线和Ztl的公垂线相交的点作为原点，记为Oi，然后执行步骤②-3);如果第i根轴不为第I根轴，则在第i根轴的轴线上，选择与第i根轴的轴线和第i_l根轴的轴线的公垂线相交的点作为原点，记为Oi,然后执行步骤②-3)； ②_3)、判断第i根轴是否为第I根轴，如果是，则将平行于第i根轴的轴线和Ztl的公垂线，且与原点Oi相交的线作为第i根轴的三维坐标系中的X轴，记为Xi,然后执行步骤②-4);否则，将平行于第i根轴的轴线和第i_l根轴的轴线的公垂线，且与原点Oi相交的线作为第i根轴的三维坐标系中的X轴，记为Xi，然后执行步骤②-4)； ②_4)、根据右手法则确定第i根轴的三维坐标系中的Y轴，记为Yi,至此得到第i根轴的三维坐标系。
【文档编号】G05B19/19GK103543692SQ201310547367
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年11月6日 优先权日:2013年11月6日
【发明者】王航 申请人:宁波海迈克数控技术有限公司