數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)中的運(yùn)動(dòng)控制指標(biāo)作用機(jī)理研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)成為不可或缺的重要設(shè)備，而高速高精度五軸數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用已經(jīng)成為提升制造業(yè)技術(shù)水平及高科技發(fā)展的重要標(biāo)志。在復(fù)雜零件的高速精密加工中，五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)性能成為影響工件質(zhì)量的關(guān)鍵因素和機(jī)床等級(jí)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。通過(guò)切削試件輪廓誤差的表現(xiàn)反映運(yùn)動(dòng)控制指標(biāo)的作用度，以指導(dǎo)機(jī)床調(diào)整和工藝優(yōu)化，保障五軸數(shù)控機(jī)床最終加工精度有著十分重要意義。
　　本文從數(shù)控機(jī)床的工作精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)出發(fā)，對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床加工過(guò)

2、程中的輪廓誤差形成機(jī)理，數(shù)控機(jī)床伺服特性和控制系統(tǒng)的控制特性對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)性能和加工精度的影響進(jìn)行了研究。采用一種基于前瞻算法的多軸運(yùn)動(dòng)的軸速度規(guī)劃策略，建立了五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)影響試件切削速度、加速度以及加工精度的模型，揭示了試件在高速高精度加工中異常刀痕形成機(jī)理，探索了多軸聯(lián)動(dòng)高速加工數(shù)控機(jī)床工作性能評(píng)價(jià)新途徑，為利用復(fù)雜形面試切結(jié)果評(píng)價(jià)數(shù)控機(jī)床的工作性能提供了理論依據(jù)。研究過(guò)程中主要開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作并得到相關(guān)的

3、研究成果。
　　（1）論文首先研究了五軸數(shù)控加工中的試件輪廓誤差形成機(jī)理，分析了數(shù)控機(jī)床加工誤差的主要來(lái)源，論述了五軸數(shù)控機(jī)床的軸跟隨誤差對(duì)試件輪廓誤差形成的作用機(jī)理。針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床由于旋轉(zhuǎn)軸的引入導(dǎo)致的刀尖運(yùn)動(dòng)軌跡的復(fù)雜變化，運(yùn)用了多體運(yùn)動(dòng)理論以及齊次坐標(biāo)變換理論，推導(dǎo)了五軸數(shù)控加工中的復(fù)雜形面的軸跟隨誤差與輪廓誤差的映射關(guān)系。
　?。?）由于數(shù)控機(jī)床的伺服特性是影響單軸跟隨誤差的主要因素，本文根據(jù)數(shù)控機(jī)床的平動(dòng)軸、旋轉(zhuǎn)

4、軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了這兩種形式的伺服機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型，研究數(shù)控機(jī)床伺服性能指標(biāo)對(duì)各坐標(biāo)軸誤差的影響，特別是旋轉(zhuǎn)軸伺服特性對(duì)輪廓誤差的影響。針對(duì)工作精度檢驗(yàn)中常見(jiàn)的圓弧軌跡的多軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)情況，分別對(duì)平動(dòng)軸與旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)、兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸聯(lián)動(dòng)兩種聯(lián)動(dòng)方式進(jìn)行了討論，從伺服系統(tǒng)的剛度、增益、伺服時(shí)間常數(shù)、反向間隙等指標(biāo)對(duì)輪廓誤差的影響以及各軸參數(shù)之間匹配關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。
　　（3）研究了數(shù)控系統(tǒng)的控制方法、運(yùn)動(dòng)極限

5、參數(shù)對(duì)坐標(biāo)軸誤差的影響。由于坐標(biāo)軸跟隨誤差與軸運(yùn)動(dòng)速度相關(guān)，即受坐標(biāo)軸指令值的直接影響，而坐標(biāo)軸指令又受數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)算法，加減速控制方式及運(yùn)動(dòng)極限參數(shù)，前瞻算法等多因素影響，使得伺服系統(tǒng)接收的各坐標(biāo)軸指令與編程的G代碼指令有較大不同，不能簡(jiǎn)單按照試件成形機(jī)理分解成各坐標(biāo)軸指令，因此，本文采用了一種動(dòng)態(tài)規(guī)劃的進(jìn)給速度規(guī)劃策略來(lái)計(jì)算坐標(biāo)軸指令，對(duì)高速高精度復(fù)雜形面加工中，微小段多，轉(zhuǎn)折和拐點(diǎn)多等情況下的進(jìn)給速度實(shí)施規(guī)劃和軸指令值的求解，并分

6、析了控制系統(tǒng)加速度、加加速度、最大速度等極限參數(shù)對(duì)軸進(jìn)給速度和軌跡運(yùn)動(dòng)誤差的影響，以及這些極限參數(shù)的作用權(quán)重，從而建立高速加工中數(shù)控機(jī)床的控制指標(biāo)影響復(fù)雜曲面輪廓誤差的理論體系。
　?。?）針對(duì)工作精度檢驗(yàn)中常用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)NAS試件和“S”形試件的試件切削檢驗(yàn)中的運(yùn)動(dòng)軌跡誤差進(jìn)行了計(jì)算、仿真和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究了數(shù)控機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)性能的表現(xiàn)，以及運(yùn)動(dòng)控制指標(biāo)對(duì)加工精度的影響。通過(guò)NAS試件的仿真切削研究，分析了試件加工精度所映射的多軸聯(lián)

7、動(dòng)機(jī)床伺服性能指標(biāo)和運(yùn)動(dòng)控制指標(biāo)作用規(guī)律；以“S”形試件側(cè)銑加工的過(guò)程為研究對(duì)象，從試件構(gòu)造的曲面特性出發(fā)，分析了五軸數(shù)控加工的編程代碼特點(diǎn)，對(duì)側(cè)銑加工表面切削速度受數(shù)控機(jī)床的加速度、加加速度等運(yùn)動(dòng)控制參數(shù)影響的平穩(wěn)性進(jìn)行了分析，通過(guò)伺服進(jìn)給系統(tǒng)模型獲得跟隨誤差，并對(duì)側(cè)銑加工的異常刀痕的形成進(jìn)行了演繹。通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)，得到“S”形試件側(cè)銑加工異常刀痕的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制指標(biāo)作用規(guī)律，為數(shù)控機(jī)床工作精度檢驗(yàn)中試件構(gòu)造設(shè)計(jì)和利用試件切削誤差來(lái)檢驗(yàn)