五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工軌跡誤差預(yù)測方法的研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)床的加工精度是衡量數(shù)控機(jī)床工作性能的重要指標(biāo)，影響數(shù)控機(jī)床加工精度的因素主要分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。目前，國內(nèi)外對機(jī)床靜態(tài)誤差的研究比較完善和成熟，傳統(tǒng)機(jī)床的加工精度已大幅提高；而在高速、高精度加工環(huán)境下，隨著機(jī)床加工速度的不斷提高，伺服進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性問題逐漸突顯出來，軌跡誤差成為影響高速多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工精度的重要原因。本文基于機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，提出了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工軌跡誤差的預(yù)測方法，可用于指導(dǎo)刀具路徑的選

2、擇和優(yōu)化，合理調(diào)整進(jìn)給速度，改善機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，調(diào)整與補(bǔ)償加工軌跡，減少軌跡誤差對加工精度的影響。
　　數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是產(chǎn)生進(jìn)給系統(tǒng)跟隨誤差和五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工軌跡誤差的重要原因。本文以雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床為研究對象，在雙慣量系統(tǒng)原理基礎(chǔ)上，對直線軸的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)建立了三慣量系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)參數(shù)進(jìn)行整定，且分析了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和阻尼對系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響；轉(zhuǎn)軸的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙慣量系

3、統(tǒng)原理，建立動(dòng)力學(xué)模型；最后通過Simulink對機(jī)床的總體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真分析，為仿真機(jī)床加工軌跡中離散點(diǎn)的刀心位置和刀軸矢量的推導(dǎo)奠定了基礎(chǔ)。
　　機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型是實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)求解和控制的基礎(chǔ)，是預(yù)測軌跡誤差重要的過渡環(huán)節(jié)。本文通過分析五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的具體結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)了從工件坐標(biāo)系到刀具坐標(biāo)系的總體齊次坐標(biāo)變換矩陣，進(jìn)而建立了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解模型和逆解模型；結(jié)合進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，推導(dǎo)出仿真機(jī)床加工軌

4、跡中離散點(diǎn)的刀心位置和刀軸矢量，為軌跡誤差的預(yù)測方法提供了推算依據(jù)和理論基礎(chǔ)。
　　軌跡誤差的預(yù)測方法是基于機(jī)床動(dòng)力學(xué)模型和運(yùn)動(dòng)學(xué)模型而提出的。本文首先根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)方法，分別采用直線插補(bǔ)和三次樣條插補(bǔ)兩種方法得到了理論擬合軌跡，在理論擬合軌跡上采用搜索算法確定了與仿真機(jī)床加工軌跡中離散點(diǎn)距離最短的刀心位置點(diǎn)的坐標(biāo)，結(jié)合仿真機(jī)床加工軌跡中離散點(diǎn)的刀心位置，推導(dǎo)出刀心位置軌跡誤差的預(yù)測算法；將刀軸矢量轉(zhuǎn)為單位矢量，離散點(diǎn)的刀心位

5、置為起始點(diǎn)，刀軸矢量末端會形成球面，將刀軸矢量間的夾角作為刀軸矢量軌跡誤差；將某一時(shí)刻的刀心位置點(diǎn)與前后兩個(gè)離散點(diǎn)的幾何關(guān)系運(yùn)用到該點(diǎn)刀軸矢量的推導(dǎo)過程中，結(jié)合仿真機(jī)床加工軌跡中離散點(diǎn)的刀軸矢量，進(jìn)而推導(dǎo)出刀軸矢量軌跡誤差的預(yù)測算法。
　　在Matlab軟件中，分別運(yùn)用直線插補(bǔ)軌跡誤差預(yù)測算法和三次樣條插補(bǔ)軌跡誤差預(yù)測算法對螺旋線進(jìn)行仿真加工，確定了三次樣條插補(bǔ)軌跡誤差預(yù)測算法更為有效；利用三次樣條插補(bǔ)軌跡誤差預(yù)測算法加工圓弧，和