多功能复合五轴数控机床的综合误差建模研究.pdf

《多功能复合五轴数控机床的综合误差建模研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、多功能复合五轴数控机床的综合误差建模研究术口赵家黎，。口陈曦z口胡赤兵，21．兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室兰州7300502．兰州理工大学机电工程学院兰州730050摘要：数控机床误差补偿是提高数控机床加工精度的有效方法．而建立快速准确的误差模型又是实施误差补偿的前提和基础。以多功能复合五轴数控机床为对象，阐述了五轴数控机床的综合误差建模过程，对传统建模过程中刀具、工件和参考坐标系之间的关系进行了优化处理，得到了包含方向误差在内的综合数学模型。关键词：多功能复合五轴数控机床几何误差热误差误差模型中图分类号：TH133．2+2文献标识码：A文

2、章编号：1000—4998(2014)09—0067—05机床制造领域正向着高精度、高质量、高集成度和动误差()、()和占()。智能化方向发展．要求必须采用高精度制造加工技术．(2)当沿l，轴运动时，有6个误差元素：沿、l，、Z而提高数控机床加工精度⋯已成为提升制造水平和国向的移动误差(y)、(y)和()，绕、l，、z轴的转际竞争力的关键。在高精度数控机床的各种加工误差动误差(y)、()和s()，)。中．几何误差和热误差在所有误差源中占到一个较大(3)当沿Z轴运动时，有6个误差元素：沿X、y、Z的比例]机床加工精度最终是由机床上刀具与工件向的移动误差(z)、6()和

3、()，绕、y、Z轴的转动间的相对位移决定的．其综合误差实际上是刀具与工误差()、(z)和B()。件间的误差．即刀具相对于工件的位置误差和方向误(4)轴与】，轴、l，轴与z轴、轴与Z轴之间的差．因此要提高机床加工精度．就要建立机床综合误差3个垂直度误差、和。数学模型．并进行误差分析与补偿](5)轴拖板在3个方向的热漂移()、()和五轴数控机床同~-,j-具有对工件或者刀具进行移动()。和转动的能力tt~,-J几何形状比较复杂和精度要求较(6)y轴拖板在3个方向的热漂移(y)、(y)和高的自由曲面进行加工．一般有3个移动副和2个转(y)。动副本文通过分析机床运动副的误差

4、运动学原理．(7)Z轴拖板在3个方向的热漂移()、()和并考虑几何误差及热误差【6]．利用齐次变换对五轴数()。控机床建立综合误差模型[(8)当绕A轴转动时，有6个误差元素：沿、y、Z轴的移动误差()、()和()，绕、y、轴的转1机床的误差元素分析动误差()、()和()。机床结构中通常包含一系列的运动副连接以实现(9)当绕C轴转动时，有6个误差元素：沿、l，、Z刀具和工件间的相对运动在理想情况下．移动副为1轴的移动误差()、6()和()，绕、y、z轴的转个平移自由度．转动副为1个旋转自由度但实际情动误差8()、s()和s()。况是．由于机床制造和装配上的误差．每个运

5、动副往往(IO)A轴与XY平面、XZ平面的平行度误差和存在6个自由度．由于制造上的误差．它们之间相对运Otra,C轴与XZ平面、YZ平面的平行度误差和动时．在轴向存在定位误差．在其余的5个自由度上也(11)A轴原点在3个方向的热漂移()、()有微量偏移(线性与角位移)．这些就是机床的主要误和()。差源．即误差元素。(12)C轴原点在3个方向的热漂移()、()对于多功能复合双转台五轴数控机床．描述几何和()。误差和热误差的误差元素如下．共计57个(13)主轴坐标系原点的3个热漂移(S)、6(s)(1)当沿轴运动时，有6个误差元素：沿、y、z和(s)和2个转角误差占(s

6、)和s(s)。向的移动误差()、6()和()，绕、y、Z轴的转2机床运动副误差运动学分析国家自然科学基金资助项目(编号：51265024)收稿日期：2014年1月齐次坐标表示是计算机图形学的重要手段之一．机械制造52卷第601期2014／9它既能够用来明确区分向量和点．同时也更易用于进在理想运动变换矩阵的基础上，叠加一个运动误差矩行仿射(线性)几何变换．它提供了用矩阵运算把二维、阵：层，即：三维甚至高维空间中的一个点集．从一个坐标系变换YYyT：』YT‘×E到另一个坐标系的有效方法因此．为了方便建立数控机床误差综合模型．本文1一()ey(x)()引入齐次坐标变换技术

7、．对三维空间坐标系齐次坐标()1一占()()f4-o()()1()变换的处理方法如下0001如图l所示，两坐标系D。(I，yl，。)、02(2，Y2，z2)，0：相对于0，右上角符号“e”表示存在误差，表示坐标系坐标系分别在、到l，坐标系的运动误差矩阵。同理也可以得出其它移l，、Z方向移动了动副之间的齐次坐标变换矩阵6、6、并分别绕2．2转动副运动误差分析0的轴旋转了在理想情况下．数控机床的转动可抽象为只能绕、、，如果已某个轴心线回转的转动副以A轴转台在床身上绕知一点在D轴方向旋转为例．为简化模型，这里设运动前轴坐坐标系的坐标标系坐标原点与床身参考坐标系的坐标原