五轴联动数控加工轮廓误差耦合补偿控制研究
发布时间：2021-12-21 20:17
五轴机床是在三轴数控机床的基础上增加了两个旋转轴所构成的加工设备,在五轴进行联动的时候可以同时调节刀尖位置和刀轴姿态,因此可以加工出航空发动机叶片、飞机结构片、精密磨具等复杂曲面零件。掌握五轴数控机床加工技术对我国的航空、军事、科研、高精医疗设备的发展有着非常重要的支撑作用。五轴数控机床在加工零件过程中比较复杂,多种因素引起的跟踪误差是耦合产生轮廓误差的重要原因。轮廓误差会影响零件的最终加工精度,为了有效减小轮廓误差,因此对轮廓误差的控制展开研究。本文建立了BC双摆头、双转台、摆头转台三种五轴联动机床运动学模型,通过坐标变换推导了RTCP算法数学公式。以B摆头C转台式五轴机床作为研究对象,在Vericut中建立机床仿真模型,使用Power Mill生成“S”试件的NC代码进行仿真验证,验证结果表明本文所推导的公式是正确的。建立了五轴机床的刀尖位置轮廓误差模型和刀轴姿态轮廓误差模型,分析了五轴机床各进给轴对两种轮廓误差的影响。采用开放式控制系统搭建了五轴机床试验平台,进行了“S”试件的加工,分别验证RTCP算法的有效性和计算两种轮廓误差,并对误差产生的影响进行分析。分析了旋转轴位置对平动...
【文章来源】：北京信息科技大学北京市
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(b)精加工仿真
第3章五轴联动轮廓误差形成机理36试验的目的有两个，一是为了验证第二章RTCP推导公式在仿真中是正确的，但是在试验中是否也可以同样达到相同效果；二是采集出各进给轴的实际位置和跟踪误差，以此来求出实际的刀尖位置轮廓误差和刀轴姿态轮廓误差，为后续补偿仿真做参考。3.3.1试验主要装置试验平台如图3.7所示。五轴机床“S”试件加工试验平台是由江苏德麦克精密设备公司生产的摆头转台型五轴联动数控机床，由本课题组进行改造之后的试验平台。改造中使用了RTCP算法等作为主要控制算法，调试了机床的伺服电机、PMAC控制器等硬件装置。该五轴机床硬件设备主要有研华工控机、PMAC运动控制器、HCFA交流伺服电机、Z2000系列众辰矢量型变频器、对刀仪和专用电主轴等设备。图3.7五轴机床试验平台五轴机床的床身采用单立柱的结构形式，结构紧凑、刚性高，导轨部分采用台湾上银滚珠导轨，高精度、高品质、高速、高耐用性。丝杆部分采用台湾TBI研磨级双螺母滚珠丝杆，精度高达0.008mm。旋转轴采用精密减速机，减速比大，精度高。主轴的功率是2.2kw，转速最高达到24000r/min，变频器采用的是2.2kw的矢量变频器。机床的工作行程在Vericut中已经列出。工作台直径为200mm，旋转轴减速比为60，机床的重复定位精度可达0.01mm，机床的加工精度为0.02mm。3.3.2基于开放式系统的RTCP功能的实现
第3章五轴联动轮廓误差形成机理393.4.1五轴机床“S”试件加工试验本次试验的加工轨迹的是2.4.1中使用PowerMill生成的路径规划轨迹，将各进给轴的加工坐标指令位置整理到Pewin32Pro2软件中的PLC执行程序中，开始机床加工零件，在加工过程中采集所需要的数据即可。在机床开启RTCP功能之后不进行调整工件的位置也可以进行加工。完成刀具轨迹规划、NC程序生成、工件夹装、机床运行前的安全检查等工作后，开启机床并激活RTCP功能进行加工。图3.11为“S”试件加工过程图。图3.11“S”试件加工过程图3.4.2试验采集结果在五轴机床试验平台上进行试验，在PMAC控制器的控制软件Pewin32Pro2上进行执行各进给轴的加工坐标指令位置产生了各进给轴的电机实际位置，然后进行计算得到各进给轴的跟踪误差分别为x,y,z,b,c并使用软件Pewin32Pro2的软件进行采集。我们在进行采集的时候采集了,,XYZPPP和、，因为轮廓误差的原理就是实际位置和理论位置进行对比，刀尖位置轮廓误差就是,,MXMYMZPPP的理论位置和实际位置之间的对比，刀轴姿态进行对比时，我们只需要采集出、的实际值就可以进行刀轴姿态的理论轨迹和实际轨迹之间的对比，因此，在使用检测出来的实际位置和正
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能五轴联动机床结构设计与系统应用[J]. 黄文波. 科学技术创新. 2019(19)
[2]基于改进的遗传-PID算法的机组轴承油雾排放控制策略[J]. 王荣光,曹硕桐,田翔,潘大为,王宜峰,何双军. 应用科技. 2019(03)
[3]五轴数控机床伺服跟随误差对S形试件法向轮廓误差影响[J]. 付萌,刘前军,关立文,王立平. 机电产品开发与创新. 2018(06)
[4]S形检测试件建模及几何特性研究[J]. 范晋伟,吕琦,唐宇航,刘凯凯. 制造技术与机床. 2017(11)
[5]二维精密气浮运动平台控制系统稳定性研究[J]. 朱小刚,马平. 机械设计与制造. 2017(08)
[6]基于球形滚刀的面齿轮滚齿加工方法[J]. 王延忠,唐文,殷永耀,兰州,侯良威,贾爽. 北京航空航天大学学报. 2017(03)
[7]五轴数控机床动态精度检验试件特性研究[J]. 王伟,陶文坚,李晴朝. 机械工程学报. 2017(01)
[8]基于D-H修正标记法的五轴加工后处理研究[J]. 钱憬,刘志兵,王西彬,严涛. 图学学报. 2016(01)
[9]基于风驱动优化算法WDO的PID参数优化[J]. 陈彬彬,曹中清,余胜威. 计算机工程与应用. 2016(14)
[10]基于RTCP功能的五轴数控机床动态误差溯源方法[J]. 姜忠,丁杰雄,王伟,邓梦,杜丽,宋智勇. 机械工程学报. 2016(07)
博士论文
[1]复杂零件五轴铣削加工精度预测与补偿技术研究[D]. 朱绍维.西南交通大学 2013
[2]高性能数控系统若干关键技术的研究[D]. 冷洪滨.浙江大学 2008
[3]多轴运动下的轮廓跟踪误差控制与补偿方法研究[D]. 肖本贤.合肥工业大学 2004
硕士论文
[1]基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP算法及应用研究[D]. 张春雨.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于层次聚类分析的五轴联动数控机床动态误差溯源方法研究[D]. 刘家汐.电子科技大学 2019
[3]刀具刃口磨损量计算及在机检测相关技术研究[D]. 夏伟.哈尔滨理工大学 2019
[4]基于S试件的五轴数控机床加工精度影响因素分析与误差溯源研究[D]. 曹晓欣.电子科技大学 2018
[5]双转台五轴联动数控机床运动学模型及轮廓误差补偿控制研究[D]. 庄丙远.山东理工大学 2016
[6]双轴进给伺服交叉耦合控制的研究[D]. 许强强.广东工业大学 2011
[7]基于PMAC的数控水射流机床电气控制系统研究[D]. 蔡黎明.西华大学 2009
[8]基于UG和VERICUT的义齿模型数控编程与加工仿真的研究[D]. 段军军.北方工业大学 2009
[9]多过程数控系统解释器及RTCP功能的设计与实现[D]. 赵薇.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2008
[10]多轴空间轮廓误差的建模与交叉耦合补偿[D]. 孙开珊.华中科技大学 2007
本文编号：3545109
【文章来源】：北京信息科技大学北京市
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
(b)精加工仿真
第3章五轴联动轮廓误差形成机理36试验的目的有两个，一是为了验证第二章RTCP推导公式在仿真中是正确的，但是在试验中是否也可以同样达到相同效果；二是采集出各进给轴的实际位置和跟踪误差，以此来求出实际的刀尖位置轮廓误差和刀轴姿态轮廓误差，为后续补偿仿真做参考。3.3.1试验主要装置试验平台如图3.7所示。五轴机床“S”试件加工试验平台是由江苏德麦克精密设备公司生产的摆头转台型五轴联动数控机床，由本课题组进行改造之后的试验平台。改造中使用了RTCP算法等作为主要控制算法，调试了机床的伺服电机、PMAC控制器等硬件装置。该五轴机床硬件设备主要有研华工控机、PMAC运动控制器、HCFA交流伺服电机、Z2000系列众辰矢量型变频器、对刀仪和专用电主轴等设备。图3.7五轴机床试验平台五轴机床的床身采用单立柱的结构形式，结构紧凑、刚性高，导轨部分采用台湾上银滚珠导轨，高精度、高品质、高速、高耐用性。丝杆部分采用台湾TBI研磨级双螺母滚珠丝杆，精度高达0.008mm。旋转轴采用精密减速机，减速比大，精度高。主轴的功率是2.2kw，转速最高达到24000r/min，变频器采用的是2.2kw的矢量变频器。机床的工作行程在Vericut中已经列出。工作台直径为200mm，旋转轴减速比为60，机床的重复定位精度可达0.01mm，机床的加工精度为0.02mm。3.3.2基于开放式系统的RTCP功能的实现
第3章五轴联动轮廓误差形成机理393.4.1五轴机床“S”试件加工试验本次试验的加工轨迹的是2.4.1中使用PowerMill生成的路径规划轨迹，将各进给轴的加工坐标指令位置整理到Pewin32Pro2软件中的PLC执行程序中，开始机床加工零件，在加工过程中采集所需要的数据即可。在机床开启RTCP功能之后不进行调整工件的位置也可以进行加工。完成刀具轨迹规划、NC程序生成、工件夹装、机床运行前的安全检查等工作后，开启机床并激活RTCP功能进行加工。图3.11为“S”试件加工过程图。图3.11“S”试件加工过程图3.4.2试验采集结果在五轴机床试验平台上进行试验，在PMAC控制器的控制软件Pewin32Pro2上进行执行各进给轴的加工坐标指令位置产生了各进给轴的电机实际位置，然后进行计算得到各进给轴的跟踪误差分别为x,y,z,b,c并使用软件Pewin32Pro2的软件进行采集。我们在进行采集的时候采集了,,XYZPPP和、，因为轮廓误差的原理就是实际位置和理论位置进行对比，刀尖位置轮廓误差就是,,MXMYMZPPP的理论位置和实际位置之间的对比，刀轴姿态进行对比时，我们只需要采集出、的实际值就可以进行刀轴姿态的理论轨迹和实际轨迹之间的对比，因此，在使用检测出来的实际位置和正
【参考文献】：
期刊论文
[1]高性能五轴联动机床结构设计与系统应用[J]. 黄文波. 科学技术创新. 2019(19)
[2]基于改进的遗传-PID算法的机组轴承油雾排放控制策略[J]. 王荣光,曹硕桐,田翔,潘大为,王宜峰,何双军. 应用科技. 2019(03)
[3]五轴数控机床伺服跟随误差对S形试件法向轮廓误差影响[J]. 付萌,刘前军,关立文,王立平. 机电产品开发与创新. 2018(06)
[4]S形检测试件建模及几何特性研究[J]. 范晋伟,吕琦,唐宇航,刘凯凯. 制造技术与机床. 2017(11)
[5]二维精密气浮运动平台控制系统稳定性研究[J]. 朱小刚,马平. 机械设计与制造. 2017(08)
[6]基于球形滚刀的面齿轮滚齿加工方法[J]. 王延忠,唐文,殷永耀,兰州,侯良威,贾爽. 北京航空航天大学学报. 2017(03)
[7]五轴数控机床动态精度检验试件特性研究[J]. 王伟,陶文坚,李晴朝. 机械工程学报. 2017(01)
[8]基于D-H修正标记法的五轴加工后处理研究[J]. 钱憬,刘志兵,王西彬,严涛. 图学学报. 2016(01)
[9]基于风驱动优化算法WDO的PID参数优化[J]. 陈彬彬,曹中清,余胜威. 计算机工程与应用. 2016(14)
[10]基于RTCP功能的五轴数控机床动态误差溯源方法[J]. 姜忠,丁杰雄,王伟,邓梦,杜丽,宋智勇. 机械工程学报. 2016(07)
博士论文
[1]复杂零件五轴铣削加工精度预测与补偿技术研究[D]. 朱绍维.西南交通大学 2013
[2]高性能数控系统若干关键技术的研究[D]. 冷洪滨.浙江大学 2008
[3]多轴运动下的轮廓跟踪误差控制与补偿方法研究[D]. 肖本贤.合肥工业大学 2004
硕士论文
[1]基于开放式超精密数控系统的五轴RTCP算法及应用研究[D]. 张春雨.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于层次聚类分析的五轴联动数控机床动态误差溯源方法研究[D]. 刘家汐.电子科技大学 2019
[3]刀具刃口磨损量计算及在机检测相关技术研究[D]. 夏伟.哈尔滨理工大学 2019
[4]基于S试件的五轴数控机床加工精度影响因素分析与误差溯源研究[D]. 曹晓欣.电子科技大学 2018
[5]双转台五轴联动数控机床运动学模型及轮廓误差补偿控制研究[D]. 庄丙远.山东理工大学 2016
[6]双轴进给伺服交叉耦合控制的研究[D]. 许强强.广东工业大学 2011
[7]基于PMAC的数控水射流机床电气控制系统研究[D]. 蔡黎明.西华大学 2009
[8]基于UG和VERICUT的义齿模型数控编程与加工仿真的研究[D]. 段军军.北方工业大学 2009
[9]多过程数控系统解释器及RTCP功能的设计与实现[D]. 赵薇.中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所） 2008
[10]多轴空间轮廓误差的建模与交叉耦合补偿[D]. 孙开珊.华中科技大学 2007
本文编号：3545109
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3545109.html
