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1、机械制造与研究陈安民等,加工中心几何误差分析研究加工中心几何误差分析研究陈安民,李航(河南科技大学机械电子工程学院,河南洛阳471003)摘要:基于机器人运动学原理,利用齐次坐标变换理论和刀具与工件所构成的联结矢量链概念,以一台立式加工中心为研究对象,建立了包含21项几何误差的数控机床误差模型,同时给出了几何误差辨识方法。所建立的误差模型和误差辨识方法可推广到其它多轴数控机床误差建模与辨识的分析之中。关键词:加工中心;几何误差;误差建模;误差辨识中图分类号:TH161文献标识码:A文章编号:16715276(2003)04001
2、304AnalysisandInvestigationofGeometricErrorforMachiningcenterCHENAnmin,LIHang(HenanUniversityofScienceandTechnology,InstitnteofMechnicalEngineering,ENLuoyang471003,China)Abstract:Basedonkinematicsofroboticmotion,usinghomogeneouscoordinatetransformationandtoolworkpiececonnectio
3、nvector,thispaperpresentsamodelof21geometricerrorofaverticalmachiningcenter,andidentificationofthem.ThismethodcanbeusedindescribingtheerrorofmultiaxisNCmachinetools.Keywords:machiningcenter;geometricerror;errormodeling;erroridentification几何误差的数学模型。该模型包含了加工中心的0前言21项原始误差,我们在建立的几何
4、误差模型基础为了提高产品的加工品质,必须提高数控机床上又给出了误差辨识的方法。的制造精度,而尺寸精度是决定数控机床加工精度[1,2,3]1几何误差的最重要因素。要提高工件加工精度,首先要提高机床的精度。一般地说,数控机床的不确定几何误差是指由机床部件的不精确度导致的性由以下原因造成:1)机床零部件和结构的几何误误差。机床的基本结构可以简化成三个相互垂直差;2)热变形误差;3)切削力误差;4)其它一些误差坐标轴,并通过滑座-导轨系统和转动部件来实现因素(如机床轴系的伺服误差、装夹误差、控制误差刀具相对工件的运动。假设机床导轨副发生运动,等)等。其中机床的几何
5、误差是影响机床精度的最那么各运动部件在空间上由三个平移和三个转动主要因素,它带来的误差占到机床总误差的30%共六个自由度来确定它的空间位置。当机床部件[4]左右。加工工件的最终加工精度是由机床刀具沿任一坐标轴运动时,理论上滑座在空间上被限制与工件之间的相对位移误差决定的。因此,我们可了五个自由度,但是实际上由于制造误差、标尺误以运用机器人运动学中的齐次坐标变换理论,分析差、热误差以及负载误差等的影响,滑座在运动中研究机床加工过程中的空间机构和运动,建立几何表现出定位、直线度和转角共六项误差。因此,三误差模型,进而分析出各项几何误差的大小,为机个坐标轴(X轴、
6、Y轴、Z轴)在机床运动过程中共床误差补偿奠定基础。表现出18项误差,同时三坐标轴相互之间还存在笔者的研究对象是一台CINCINNATIAR着垂直度误差,所以数控机床共存在21项原始几ROW750立式加工中心,分析了它的空间机构和何误差,它们分别为:运动,运用齐次坐标变换原理分析了刀具和工件之工作台(X导轨):X(x)、Y(x)、Z(x)、间所构成联结链矢量的封闭特性,建立了加工中心X(x)、Y(x)、Z(x)收稿日期:20030312MachineBuilding&Automation,Aug2003,(4):1316,2013机
7、械制造与研究陈安民等,加工中心几何误差分析研究滑座(Y导轨):X(y)、Y(y)、Z(y)、1Z(x)Y(x)x+X(x)X(y)、Y(y)、Z(y)Z(x)1X(x)Y(x)(1)主轴(Z导轨):X(z)、Y(z)、Z(z)、X(z)、Y(x)X(x)1Z(x)Y(z)、Z(z)0001X轴与Y轴、Y轴与Z轴、X轴与Z轴之间垂H(y)=直度误差分别为:、!、∀。X导轨的6项误差如图1Z(y)Y(y)X(y)y1所示:Z(y)1X(y)y+Y(y)(2)Y(y)X(y)1
8、Z(y)0001H(z)=1Z(z)Y(z)
