數(shù)控機床旋轉(zhuǎn)軸的誤差檢測和辨識.pdf

1、隨著制造技術(shù)不斷進步,對具有復(fù)雜幾何形狀和高精度的機械零件的需求急劇增加,愈來愈多的五軸機床被廣泛地用于模具制造、航空部件制造等領(lǐng)域。常見的五軸機床具有3個直線運動軸和2個旋轉(zhuǎn)運動軸,相比于傳統(tǒng)的三軸機床,能夠在2個旋轉(zhuǎn)方向上提供進給。五軸機床的拓撲結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,機床的誤差元素眾多且相互關(guān)聯(lián),這給誤差項的檢測和辨識工作帶來了困難,直接影響著誤差補償和機床維護。本文從以下方面對五軸機床的旋轉(zhuǎn)軸進行誤差檢測和辨識研究。
　　首先,介紹

2、常見的五軸機床拓撲結(jié)構(gòu),用標(biāo)準(zhǔn)的齊次坐標(biāo)變換法對常見的五軸機床進行了運動學(xué)建模,將機床的拓撲結(jié)構(gòu)分為“床身——工件”和“床身——刀具”兩條運動鏈。然后,將機床運動部件的誤差元素歸為兩類:裝配誤差(常量)和誤差運動(隨位置變化)。對直線運動部件和旋轉(zhuǎn)運動部件的兩類誤差元素分別進行了數(shù)學(xué)建模。最后,以某雙轉(zhuǎn)臺式五軸加工中心為例,建立了通用的綜合誤差模型,可用來描述機床誤差元素與“刀具——工件”空間精度的相互關(guān)系。
　　其次,采用基于球

3、桿儀的圓運動檢測方法,對單軸旋轉(zhuǎn)臺、雙轉(zhuǎn)臺分別進行誤差檢測和辨識的研究工作。采用齊次坐標(biāo)變換法建立描述“刀具——工件”空間位置的綜合誤差模型。針對單軸旋轉(zhuǎn)臺,設(shè)計兩種球桿儀安裝姿態(tài)和對應(yīng)的運動方式,提出單個旋轉(zhuǎn)軸的4項裝配誤差的辨識算法;針對雙轉(zhuǎn)臺,設(shè)計6種球桿儀安裝和測量姿態(tài)以及對應(yīng)的機床聯(lián)動方式,提出雙轉(zhuǎn)臺8項裝配誤差的辨識算法,即“徑向——切向——軸向”,然后進行了誤差辨識算法的推導(dǎo),運用MATLAB軟件對這一辨識算法進行模擬仿真

4、,發(fā)現(xiàn)能夠比較準(zhǔn)確地分離出預(yù)先設(shè)定的誤差項。
　　然后,研究了通過切削一個方臺來辨識雙轉(zhuǎn)臺的8項誤差。設(shè)計和分析了11個簡單的銑削刀軌,銑削一個鋁合金方臺,每一種切削軌跡都采用立式端銑刀在單個直線軸方向銑削。通過研究加工出來的方臺的幾何精度與雙轉(zhuǎn)臺8項裝配誤差的數(shù)學(xué)關(guān)系,得出了基于方臺切削實驗的雙轉(zhuǎn)臺誤差的辨識算法。
　　最后,對五軸機床聯(lián)動加工傾斜安裝的圓錐臺的切削實驗進行了技術(shù)研究。采用矢量建模的方法研究了五軸聯(lián)動加工圓