基于效率優(yōu)化的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差測(cè)量及補(bǔ)償方法研究.pdf

1、五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床具有高效、高精加工等特點(diǎn)，是現(xiàn)代制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備之一。受制造及裝配精度的影響，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床存在固有的幾何誤差。通過(guò)測(cè)量和補(bǔ)償，減小幾何誤差的影響，提高機(jī)床加工精度一直是國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)。相比于三軸機(jī)床，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床由于引入了兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，其幾何誤差數(shù)量更多，且它們?cè)跍y(cè)量補(bǔ)償中呈現(xiàn)出復(fù)雜的耦合關(guān)系，因此五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差測(cè)量和補(bǔ)償更加困難。本文基于上述現(xiàn)狀，針對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差測(cè)量及補(bǔ)償方法展開(kāi)研究，并進(jìn)行了仿真與實(shí)

2、驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本文以提高五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差測(cè)量及補(bǔ)償?shù)男屎途葹槟繕?biāo)，結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金“基于軸間雙向耦合的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差漸近辨識(shí)補(bǔ)償方法研究”等課題，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)有：
　　對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，基于分析結(jié)果構(gòu)造了機(jī)床的理想成型函數(shù)和實(shí)際成型函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上建立了以幾何誤差為參數(shù)的五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床空間誤差模型。
　　提出了一種基于單測(cè)點(diǎn)的PIGE辨識(shí)策略，由單測(cè)點(diǎn)約束下測(cè)點(diǎn)分布確定測(cè)量所需的

3、初始軸指令組合，然后根據(jù)PIGE間的耦合效應(yīng)，增加用于解耦的軸指令組合，整合后得到用于測(cè)量PIGE的軸指令組合。在此基礎(chǔ)上，以單擺頭結(jié)構(gòu)和雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床為實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，分別采用觸發(fā)式測(cè)頭、試件加工-三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、試件加工-激光位移傳感器設(shè)計(jì)了辨識(shí)策略的三種實(shí)現(xiàn)方法。
　　提出了一種雙運(yùn)動(dòng)鏈 PDGE辨識(shí)策略，通過(guò)預(yù)先在待標(biāo)定運(yùn)動(dòng)鏈上布局所需測(cè)點(diǎn)，并在測(cè)量過(guò)程中變換測(cè)量參考點(diǎn)的方式，達(dá)到提高測(cè)量效率的目的。在此基礎(chǔ)上，以單擺頭-

4、單轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床為平臺(tái)，利用觸發(fā)式測(cè)頭和標(biāo)定球設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)方法。提出了一種基于一維跟蹤球的轉(zhuǎn)動(dòng)軸 PDGE辨識(shí)策略，采用多維度分步采集方式，僅通過(guò)單一方向位移的分步采集獲得標(biāo)定球球心三個(gè)方向的位移，提高了整個(gè)測(cè)量過(guò)程的效率。在此基礎(chǔ)上，以雙轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床為平臺(tái)，利用激光位移傳感器和標(biāo)定球設(shè)計(jì)了一種實(shí)現(xiàn)方法。
　　以改進(jìn)現(xiàn)有補(bǔ)償方法效率為目的，提出了一種基于軸間拓?fù)潢P(guān)系的幾何誤差補(bǔ)償方法，包含兩部分內(nèi)容：一部分是刀具方

5、向誤差補(bǔ)償算法，該算法按照機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈中靠近切削點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸→遠(yuǎn)離切削點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的順序求解補(bǔ)償指令，避免了刀具方向誤差補(bǔ)償算法中的迭代過(guò)程；另一部分是刀具位置誤差補(bǔ)償算法，該算法同樣按照機(jī)床運(yùn)動(dòng)鏈中距離切削點(diǎn)由近及遠(yuǎn)的順序求解平動(dòng)軸補(bǔ)償指令，避免了刀具位置誤差補(bǔ)償算法中的迭代過(guò)程。最后綜合上述兩部分補(bǔ)償算法，建立了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差的補(bǔ)償流程。
　　搭建了五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床幾何誤差測(cè)量及補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)所提出的PIGE測(cè)量方法、轉(zhuǎn)動(dòng)軸 PDG