五轴数控机床静态几何误差辨识方法研究

发布时间：2020-08-20 08:42

【摘要】：随着曲面加工的市场需求越来越大,国产五轴形式数控机床越来越多的被设计,制造和应用,对于由机床装配造成的静态几何误差,特别是旋转轴轴线位置偏差的测量和标定,成为数控机床精度提升的关键。基于球杆仪的静态几何误差测量和辨识研究较多,但始终未能在工业现场得到很好的推广和应用。误差建模方法,测量轨迹设计和辨识算法设计等都影响着测量方案的实用性,本文针对现有基于球杆仪的静态几何误差测量和辨识方法存在的不足开展实验研究。本文基于旋量理论对五轴数控机床进行运动学建模,分别建立了理想运动学和实际运动学模型。采用雅克比矩阵估计的方法建立起刀尖点位置误差与静态几何误差项之间的近似线性关系,给出了雅克比矩阵函数的推导过程,简化了静态几何误差建模,对简化模型进行了仿真验证。推导得到球杆仪伸缩量与各轴运动学旋量变化量之间的关系,通过误差分离,将各个静态几何误差项辨识出来,并对辨识算法进行仿真分析。基于球杆仪的测量原理和数控机床运动控制特点,通过实验和Matlab仿真的方法对影响球杆仪测量精度的因素进行了深入分析,进而使得球杆仪测量实验细节更加完善。针对球杆仪只能基于时间采样,而辨识算法要求获得每一个采样点所对应的各运动轴位置信息这一矛盾,本文提出了借助于数控系统获得球杆仪测量过程中各运动轴实时位置信息的方法,使得误差辨识过程中,各运动轴位置信息更加精确,辨识结果更加可靠,同时根据获得的各运动轴实际位置可以把由于跟随误差造成的测量误差在辨识环节予以消除,降低了测量误差的影响。通过在双转台形式五轴数控机床上的实际测量实验验证了所设计方案的可行性和实用性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG659
【图文】：

a) 摆头转台形式 b) 双转台形式 c) 双摆头形式图 2-1 五轴数控机床结构示意图虽然五轴数控机床形式各异，但是采用旋量理论可以对不同形式的五轴数控床建立统一的运动学模型，当机床结构形式发生变化时，其对应的运动学模型于建立。旋量理论进行建模时，仅需选定机床任一点作为坐标原点，建立全局

BC双转台形式五轴数控机床机床参考坐标系坐标原点建立在BC旋转轴轴线交点处，坐标轴方向与X，Y，Z

如图2-3 a)所示。ZX Z Z X Z X Y( Y )C C C a) 直线轴垂直度误差 b) 旋转轴平行度误差图 2-3 直线轴垂直度误差和旋转轴平行度误差示意图尽管机床坐标系的方向由直线轴方向确定，但是其坐标原点是由旋转轴定义，机床坐标原点设置在两个旋转轴轴线交点处。首先是 B 轴限制了坐标原点两个位移方向，此时坐标原点仍然可以沿着 B 轴轴线方向移动，剩下来的位移约束由 C轴限制。实际的 B 轴方向存在着分别绕 x 和 z 的角度偏差B 和B ，实际的 C 轴方向也存在着分别绕 x 和 y 的角度偏差C 和C ，如图 2-3 b)所示。两个旋转轴实际安装过程也不一定相交，因此两个旋转轴之间还存在着一项沿 x 方向的位移偏差C x。机床静态几何误差项总结如下表 2-1 所示。表 2-1 五轴数控机床静态几何误差项轴 角度误差 位移误差X 轴X Y 轴Z 轴 ,Z Z B 轴 ,B B C 轴 ,C C C x对五轴数控机床静态几何误差的标定，就是根据现有测量仪器特点设计相应的测量方案，通过相关辨识算法将以上所定义的静态几何误差项辨识出来。2.3 静态几何误差建模静态几何误差的存在

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 付国强;傅建中;沈洪W

本文编号：2797776