轨迹误差建模的多轴联动机床轮廓误差补偿技术_李学伟

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1、第４６卷第３期西安交通大学学报Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．３２０１２年３月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ′ＡＮＪＩＡＯＴＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＭａｒ．２０１２轨迹误差建模的多轴联动机床轮廓误差补偿技术李学伟，赵万华，卢秉恒（西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室，７１００４９，西安）摘要：为了提高数控机床多轴联动加工精度，减小由传动机构和运动部件质量、刚度、阻尼及摩擦等因素造成的轮廓误差，针对交叉耦合控制参数难以选择及容易使系统不稳定的问题，提出了一种针对多轴联动机床进行运动轨迹误差建模和补偿的方法．该方法通过测量机床的典型实际联动轨迹，来建立轮廓误

2、差模型，实现了加工过程轮廓误差的实时估算和补偿．通过对ｘ、ｙ轴工作台的联动轮廓误差建模和补偿实验，证明此方法可以显著减小圆弧及曲率连续变化曲线轨迹的加工误差，从而提高了在高速条件下的数控机床多轴联动的加工精度．关键词：轮廓误差；交叉耦合；误差补偿；多轴联动中图分类号：ＴＰ２７３．１文献标志码：Ａ文章编号：０２５３－９８７Ｘ（２０１２）０３－００４７－０６ＣｏｎｔｏｕｒＥｒｒｏｒＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＳｔｒａｔｅｇｙｆｏｒＭｕｌｔｉ－ＡｘｉｓＭａｃｈｉｎｉｎｇｂｙＴｒａｊｅｃｔｏｒｙＥｒｒｏｒＭｏｄｅｌｉｎｇＬＩＸｕｅｗｅｉ，ＺＨＡＯＷａｎ

3、ｈｕａ，ＬＵＢｉｎｇｈｅｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ′ａｎＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ′ａｎ７１００４９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ，ｄｉｍｉｎｉｓｈｉｔｓｃｏｎｔｏｕｒｅｒｒｏｒｃａｕｓｅｄｂｙｖａｒｉｏｕｓｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ｓｕｃｈａｓｍａｓｓ，ｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｄａｍｐａｎｄ

4、ｆｒｉｃｔｉｏｎ，ａｎｄａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｔｒｏｌｍｅｔｈ－ｏｄａｎｄｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｓｙｓｔｅｍｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ａｎｏｖｅｌｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂｙｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｅｖｅｒａｌｃｏｎｔｏｕｒｅｒｒｏｒｓｏｆｔｙｐｉｃａｌｔ

5、ｒａｊｅｃｔｏｒｙ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｅｒｒｏｒｃａｎｂｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄｂｙｔｈｅｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｄｕｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｎｅｗｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄｏｎａｘ、ｙｔａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈｅｎａｂｌｅｓｔｏｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｎｔｏｕｒｅｒｒｏｒｏｆｃｉｒｃｌｅａｎｄｔｒａｊｅｃｔｏｒｙｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕａｌｃｕｒｖａｔｕｒｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅ

6、ｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｉｎｇｐｒｅｃｉｓｉｏｎ，ｅｓ－ｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｈｉｇｈｓｐｅｅｄｍａｃｈｉｎｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｏｕｒｅｒｒｏｒ；ｃｒｏｓｓｃｏｕｐｌｅｄｃｏｎｔｒｏｌ；ｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ；ｍｕｌｔｉ－ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｉｎｇ高速机床以其高效率、高精度加工的优势，越来针对高速加工中轮廓误差突出的问题，近年来越多的受到航空、航天、汽车、模具等加工行业的重一些学者进行了大量研究，这些研究主要通过２种视．但是，随着机床加工进给速度的提高，机械传动途径来提高多轴机床的联动加工精度．一种是跟随系

7、统的固有频率限制了进给系统的响应速度，使得误差控制方法，其主要采取的是零相位误差跟随控［２－７］机床伺服进给系统无法实时跟随系统变化的输入指制，此方法是建立在运动控制模型的基础上，能令，因此导致多轴联动加工时产生轮廓误差，特别是够有效提高单轴的控制精度．由于实际机床进给系［１］在高速、高加速度的加工中，这一问题尤为突出．统复杂，模型难于获得，因此该方法容易使系统不稳收稿日期：２０１１－０６－１９．作者简介：李学伟（１９８１－），男，博士生；赵万华（通信作者），男，教授，博士生导师．基金项目：国家重点基础研究发展规划资助项目（２００９ＣＢ７２

8、４４０７）．网络出版时间：２０１１－１２－２０网络出版地址：ｈｔｔｐ：∥ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１０６９．Ｔ．２０１１１２２０．１８０５．００２．