數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的誤差檢測和辨識(shí).pdf

1、隨著制造技術(shù)不斷進(jìn)步,對具有復(fù)雜幾何形狀和高精度的機(jī)械零件的需求急劇增加,愈來愈多的五軸機(jī)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(jī)床具有3個(gè)直線運(yùn)動(dòng)軸和2個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸,相比于傳統(tǒng)的三軸機(jī)床,能夠在2個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上提供進(jìn)給。五軸機(jī)床的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,機(jī)床的誤差元素眾多且相互關(guān)聯(lián),這給誤差項(xiàng)的檢測和辨識(shí)工作帶來了困難,直接影響著誤差補(bǔ)償和機(jī)床維護(hù)。本文從以下方面對五軸機(jī)床的旋轉(zhuǎn)軸進(jìn)行誤差檢測和辨識(shí)研究。
　　首先,介紹

2、常見的五軸機(jī)床拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),用標(biāo)準(zhǔn)的齊次坐標(biāo)變換法對常見的五軸機(jī)床進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,將機(jī)床的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為“床身——工件”和“床身——刀具”兩條運(yùn)動(dòng)鏈。然后,將機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的誤差元素歸為兩類:裝配誤差(常量)和誤差運(yùn)動(dòng)(隨位置變化)。對直線運(yùn)動(dòng)部件和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)部件的兩類誤差元素分別進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模。最后,以某雙轉(zhuǎn)臺(tái)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(jī)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(yùn)動(dòng)檢測方法,對單軸旋轉(zhuǎn)臺(tái)、雙轉(zhuǎn)臺(tái)分別進(jìn)行誤差檢測和辨識(shí)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(tái),設(shè)計(jì)兩種球桿儀安裝姿態(tài)和對應(yīng)的運(yùn)動(dòng)方式,提出單個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的4項(xiàng)裝配誤差的辨識(shí)算法;針對雙轉(zhuǎn)臺(tái),設(shè)計(jì)6種球桿儀安裝和測量姿態(tài)以及對應(yīng)的機(jī)床聯(lián)動(dòng)方式,提出雙轉(zhuǎn)臺(tái)8項(xiàng)裝配誤差的辨識(shí)算法,即“徑向——切向——軸向”,然后進(jìn)行了誤差辨識(shí)算法的推導(dǎo),運(yùn)用MATLAB軟件對這一辨識(shí)算法進(jìn)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(xiàng)。
　　然后,研究了通過切削一個(gè)方臺(tái)來辨識(shí)雙轉(zhuǎn)臺(tái)的8項(xiàng)誤差。設(shè)計(jì)和分析了11個(gè)簡單的銑削刀軌,銑削一個(gè)鋁合金方臺(tái),每一種切削軌跡都采用立式端銑刀在單個(gè)直線軸方向銑削。通過研究加工出來的方臺(tái)的幾何精度與雙轉(zhuǎn)臺(tái)8項(xiàng)裝配誤差的數(shù)學(xué)關(guān)系,得出了基于方臺(tái)切削實(shí)驗(yàn)的雙轉(zhuǎn)臺(tái)誤差的辨識(shí)算法。
　　最后,對五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)加工傾斜安裝的圓錐臺(tái)的切削實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了技術(shù)研究。采用矢量建模的方法研究了五軸聯(lián)動(dòng)加工圓