基于效率优化的五轴联动机床几何误差测量及补偿方法研究

发布时间：2017-12-06 22:09

  本文关键词：基于效率优化的五轴联动机床几何误差测量及补偿方法研究

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【摘要】：五轴联动机床具有高效、高精加工等特点,是现代制造业中最重要的加工设备之一。受制造及装配精度的影响,五轴联动机床存在固有的几何误差。通过测量和补偿,减小几何误差的影响,提高机床加工精度一直是国内外研究热点。相比于三轴机床,五轴联动机床由于引入了两个转动轴,其几何误差数量更多,且它们在测量补偿中呈现出复杂的耦合关系,因此五轴联动机床几何误差测量和补偿更加困难。本文基于上述现状,针对五轴联动机床几何误差测量及补偿方法展开研究,并进行了仿真与实验验证。本文以提高五轴联动机床几何误差测量及补偿的效率和精度为目标,结合国家自然科学基金“基于轴间双向耦合的五轴联动机床几何误差渐近辨识补偿方法研究”等课题,主要研究内容和创新点有：对五轴联动机床进行了运动学分析,基于分析结果构造了机床的理想成型函数和实际成型函数,并在此基础上建立了以几何误差为参数的五轴联动机床空间误差模型。提出了一种基于单测点的PIGE辨识策略,由单测点约束下测点分布确定测量所需的初始轴指令组合,然后根据PIGE间的耦合效应,增加用于解耦的轴指令组合,整合后得到用于测量PIGE的轴指令组合。在此基础上,以单摆头结构和双转台结构五轴联动机床为实现平台,分别采用触发式测头、试件加工-三坐标测量仪、试件加工-激光位移传感器设计了辨识策略的三种实现方法。提出了一种双运动链PDGE辨识策略,通过预先在待标定运动链上布局所需测点,并在测量过程中变换测量参考点的方式,达到提高测量效率的目的。在此基础上,以单摆头-单转台结构五轴联动机床为平台,利用触发式测头和标定球设计了一种实现方法。提出了一种基于一维跟踪球的转动轴PDGE辨识策略,采用多维度分步采集方式,仅通过单一方向位移的分步采集获得标定球球心三个方向的位移,提高了整个测量过程的效率。在此基础上,以双转台结构五轴联动机床为平台,利用激光位移传感器和标定球设计了一种实现方法。以改进现有补偿方法效率为目的,提出了一种基于轴间拓扑关系的几何误差补偿方法,包含两部分内容：一部分是刀具方向误差补偿算法,该算法按照机床运动链中靠近切削点转动轴→远离切削点转动轴的顺序求解补偿指令,避免了刀具方向误差补偿算法中的迭代过程；另一部分是刀具位置误差补偿算法,该算法同样按照机床运动链中距离切削点由近及远的顺序求解平动轴补偿指令,避免了刀具位置误差补偿算法中的迭代过程。最后综合上述两部分补偿算法,建立了五轴联动机床几何误差的补偿流程。搭建了五轴联动机床几何误差测量及补偿实验平台,对所提出的PIGE测量方法、转动轴PDGE测量方法以及几何误差补偿方法分别进行了实验验证,证明了上述方法在效率及精度上的提升。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659

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