多轴机床几何误差建模与补偿技术的研究.pdf

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1、２０１４年１２月机床与液压Ｄｅｃ?２０１４第４２卷第２３期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４２Ｎｏ?２３ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１４?２３?０１６多轴机床几何误差建模与补偿技术的研究１１，２３１林洁琼，马跃龙，高明辉，荆丹（１?长春工业大学机电工程学院，吉林长春１３００１２；２?郑州科技学院机械工程学院，河南郑州４５００６４；３?长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００００）摘要：基于多体系统运动学理论，分析了多轴机床的拓扑结构关系及各个运动轴的误差项元素，建立了

2、多轴机床运动空间的几何误差模型。基于Ｌａｂｖｉｅｗ开发了误差补偿平台，进行了误差补偿试验。通过对比补偿前后各轴线性定位误差和补偿前后的数控加工代码，验证了所建立的误差模型的正确性，且该补偿方法是可行的。关键词：多轴机床；多体系统理论；几何误差；误差补偿中图分类号：ＴＧ５４７文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）２３－０６５－６ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＧｅｏｍｅｔｒｉｃＥｒｒｏｒＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＭｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌｓ１１，２３１ＬＩＮＪｉｅｑ

3、ｉｏｎｇ，ＭＡＹｕｅｌｏｎｇ，ＧＡＯＭｉｎｇＨｕｉ，ＪＩＮＧＤａｎ（１?ＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈａｎｇｃｈｕｎＪｉｌｉｎ１３００１２，Ｃｈｉｎａ；２?ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＺｈｅｎｇｚｈｏｕＨｅｎａｎ４５００６４，Ｃｈｉｎａ；３?ＣｈａｎｇｃｈｕｎＯｐｔｉｃａｌＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙａｎｄＰｈｙｓｉｃｓＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈａｎｇ

4、ｃｈｕｎＪｉｌｉｎ１３００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｍｕｌｔｉ⁃ｂｏｄｙｓｙｓｔｅｍｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ，ｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ⁃ｂｏｄｙｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓａｎｄａｘｉｓｅｒｒｏｒｔｅｒｍｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｅａｃｈｍｏｔｉｏｎａｘｉｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｏｆｍｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｍｏｖｅｍｅｎｔｓｐａｃｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｅｒｒｏｒ

5、ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＬａｂｖｉｅｗ，ａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｂｙｃｏｍｐａｒｅｄｅａｃｈａｘｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｅｒｒｏｒａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ（ＮＣ）ｍａｃｈｉｎｉｎｇｃｏｄｅｂｅｆｏｒｅａｎｄａｆｔｅｒｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｅｒｒｏｒｍｏｄｅｌｉｓｖｅｒｉｆｉｅｄｃｏｒｒｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｉｓｆ

6、ｅａｓｉｂｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｕｌｔｉ⁃ａｘｉｓｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓ；Ｍｕｌｔｉ⁃ｂｏｄｙｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙ；Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｅｒｒｏｒ；Ｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ０前言写了基于Ｌａｂｖｉｅｗ的误差补偿软件来预先修正机床加随着航空航天、舰船制造、汽车制造、国防工业工ＮＣ指令，通过对比补偿前后加工指令，验证误差等制造业的快速发展，对数控机床的加工精度提出了数学模型的正确性及误差补偿的有效性。更高的要求。所以在保证加工效率的基础上如何快１多轴机床的几何误差分析速、有效地提高机床加工精度成为当前亟待解决的关

7、１?１基于多体系统理论的机床拓扑结构描述键问题之一。目前，通过提高机床各零部件的制造及拓扑结构是研究多体系统的基础，低序体阵列则装配精度、控制加工环境等传统精度控制方法来提高是描述多体系统理论的基本方法。如图１所示为多轴机床加工精度越来越难以实现。而通过采用机床几何机床的结构示意图，该机床为五轴联动机床，机床的精度误差补偿技术可有效提高机床的加工精度。因ｘ，ｙ，ｚ３个直线轴不在一侧，即ｘ，ｚ轴分布在刀具此，国内外有关专家学者对几何误差的辨识与建模以运动链上，ｙ轴分布在工件运动链上，两个转动轴分提高机床加工精度进行了大量的研究，

8、并取得了显著布在工件一侧，工件固定在Ｃ轴工作台上。从床身［１－６］的成果。研究表明：几何误差、力误差和热误差到工件依次为：ｙ轴（床身）到Ａ轴到Ｃ轴到工件，引起的误差占精密加工机床总误差的８０％左右。其ｙ轴导轨直接安装在机床床身上。从床身到刀具依次中几何误差和在正常工作状态下的