五軸聯(lián)動數(shù)控加工軌跡誤差預測方法的研究.pdf

1、數(shù)控機床的加工精度是衡量數(shù)控機床工作性能的重要指標，影響數(shù)控機床加工精度的因素主要分為靜態(tài)誤差和動態(tài)誤差。目前，國內(nèi)外對機床靜態(tài)誤差的研究比較完善和成熟，傳統(tǒng)機床的加工精度已大幅提高；而在高速、高精度加工環(huán)境下，隨著機床加工速度的不斷提高，伺服進給系統(tǒng)的動態(tài)特性問題逐漸突顯出來，軌跡誤差成為影響高速多軸聯(lián)動機床加工精度的重要原因。本文基于機床進給系統(tǒng)動力學模型和運動學模型，提出了五軸聯(lián)動數(shù)控加工軌跡誤差的預測方法，可用于指導刀具路徑的選

2、擇和優(yōu)化，合理調(diào)整進給速度，改善機械傳動系統(tǒng)的動態(tài)特性，調(diào)整與補償加工軌跡，減少軌跡誤差對加工精度的影響。
　　數(shù)控機床進給系統(tǒng)的動態(tài)特性是產(chǎn)生進給系統(tǒng)跟隨誤差和五軸聯(lián)動機床加工軌跡誤差的重要原因。本文以雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動數(shù)控機床為研究對象，在雙慣量系統(tǒng)原理基礎上，對直線軸的機械傳動系統(tǒng)建立了三慣量系統(tǒng)動力學模型，對電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)參數(shù)進行整定，且分析了機械傳動系統(tǒng)的剛度和阻尼對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響；轉(zhuǎn)軸的機械傳動系統(tǒng)采用雙慣量系

3、統(tǒng)原理，建立動力學模型；最后通過Simulink對機床的總體動力學模型進行仿真分析，為仿真機床加工軌跡中離散點的刀心位置和刀軸矢量的推導奠定了基礎。
　　機床的運動學模型是實現(xiàn)機床運動求解和控制的基礎，是預測軌跡誤差重要的過渡環(huán)節(jié)。本文通過分析五軸聯(lián)動數(shù)控機床的具體結(jié)構，推導了從工件坐標系到刀具坐標系的總體齊次坐標變換矩陣，進而建立了五軸聯(lián)動機床的運動學正解模型和逆解模型；結(jié)合進給系統(tǒng)的動力學模型和運動學模型，推導出仿真機床加工軌

4、跡中離散點的刀心位置和刀軸矢量，為軌跡誤差的預測方法提供了推算依據(jù)和理論基礎。
　　軌跡誤差的預測方法是基于機床動力學模型和運動學模型而提出的。本文首先根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的插補方法，分別采用直線插補和三次樣條插補兩種方法得到了理論擬合軌跡，在理論擬合軌跡上采用搜索算法確定了與仿真機床加工軌跡中離散點距離最短的刀心位置點的坐標，結(jié)合仿真機床加工軌跡中離散點的刀心位置，推導出刀心位置軌跡誤差的預測算法；將刀軸矢量轉(zhuǎn)為單位矢量，離散點的刀心位

5、置為起始點，刀軸矢量末端會形成球面，將刀軸矢量間的夾角作為刀軸矢量軌跡誤差；將某一時刻的刀心位置點與前后兩個離散點的幾何關系運用到該點刀軸矢量的推導過程中，結(jié)合仿真機床加工軌跡中離散點的刀軸矢量，進而推導出刀軸矢量軌跡誤差的預測算法。
　　在Matlab軟件中，分別運用直線插補軌跡誤差預測算法和三次樣條插補軌跡誤差預測算法對螺旋線進行仿真加工，確定了三次樣條插補軌跡誤差預測算法更為有效；利用三次樣條插補軌跡誤差預測算法加工圓弧，和