影響工作精度的五軸數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能測(cè)試方法研究.pdf

1、制造業(yè)是國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，數(shù)控機(jī)床特別是五軸數(shù)控機(jī)床，已成為各行業(yè)不可或缺的工作母機(jī)，是一個(gè)國(guó)家生產(chǎn)能力和自動(dòng)化水平的重要標(biāo)志。在高速高精密加工過(guò)程中，五軸機(jī)床的聯(lián)動(dòng)性能已成為影響工件加工質(zhì)量的重要因素，研究影響工作精度的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能測(cè)試問(wèn)題對(duì)提高五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的加工能力和加工精度有著十分重要的意義。
　　本文圍繞影響五軸數(shù)控機(jī)床工作精度的多軸聯(lián)動(dòng)性能問(wèn)題，研究加工過(guò)程中的多軸聯(lián)動(dòng)誤差形成機(jī)理，對(duì)數(shù)控機(jī)床伺服控制系統(tǒng)性能在

2、多軸聯(lián)動(dòng)精度、標(biāo)準(zhǔn)試件表面質(zhì)量上的影響規(guī)律進(jìn)行研究，探尋針對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)精度的高效檢測(cè)手段，研究基于RTCP（Rotation tool center point）和S試件的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能檢測(cè)方法，揭示五軸機(jī)床多軸聯(lián)動(dòng)時(shí)刀具刀尖點(diǎn)誤差以及 S試件的異常表面紋理形成機(jī)理。研究五軸數(shù)控機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差溯源方法，為五軸數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)參數(shù)調(diào)整提供指導(dǎo)性建議。研究?jī)?nèi)容與各章節(jié)對(duì)應(yīng)關(guān)系為：第二章中依據(jù)五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)建立五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差模型。第三章研

3、究在標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)試件上局部異常表面形成中五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能的作用機(jī)理。第四章開(kāi)展基于 RTCP檢測(cè)的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能測(cè)試原理分析。第五章開(kāi)展基于 RTCP檢測(cè)的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能測(cè)試軌跡比較研究。第六章開(kāi)展基于 RTCP特定檢測(cè)軌跡下的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能差異溯源方法研究。
　　經(jīng)本文工作得到以下研究成果：
　　（1）揭示五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)加工中機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能與工件表面結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系規(guī)律。利用五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差模型，仿真分析五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能對(duì)

4、工件輪廓誤差的作用過(guò)程，通過(guò)高通濾波提取輪廓誤差中表面微觀成分，放大后直接疊加在工件表面，顯示出不同位置的表面質(zhì)量，證明五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差是引起工件表面異常的主要原因。以標(biāo)準(zhǔn)試件NAS979圓錐臺(tái)試件和S試件為研究對(duì)象，分析其幾何特征和機(jī)床加工運(yùn)動(dòng)特征，發(fā)現(xiàn) S試件具備變化的曲率、曲面不連續(xù)、豐富的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等特征。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)試件仿真和試切實(shí)驗(yàn)，證明表面質(zhì)量與機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差之間的內(nèi)在聯(lián)系。通過(guò)對(duì)比分析相同聯(lián)動(dòng)性能狀態(tài)下的 NAS979圓錐臺(tái)試件

5、和 S試件的表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn) S試件不同位置的表面質(zhì)量存在明顯差異，相比 NAS979圓錐臺(tái)試件，S試件可更直觀有效地展示五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能的優(yōu)劣?；赟試件表面質(zhì)量的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能測(cè)試方法可用于直觀有效地檢測(cè)五軸機(jī)床加工過(guò)程中的聯(lián)動(dòng)性能，保障五軸機(jī)床的加工能力和加工精度。
　?。?）提出一種不同于ISO標(biāo)準(zhǔn)的RTCP檢測(cè)軌跡來(lái)有效便捷地展現(xiàn)五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能。平動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸動(dòng)態(tài)誤差對(duì)刀具刀尖點(diǎn)誤差有著不同的作用規(guī)律，表明基于RTCP

6、的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能測(cè)試方法可以有效地檢測(cè)五軸機(jī)床的聯(lián)動(dòng)性能。通過(guò)分析平動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，確定利用旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)表征RTCP檢測(cè)軌跡的定義方法。分析旋轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)RTCP檢測(cè)結(jié)果的影響規(guī)律，提出不同于ISO標(biāo)準(zhǔn)軌跡的基于余弦函數(shù)的檢測(cè)軌跡定義方法，并定義了4條余弦軌跡。對(duì)比分析4條余弦軌跡和ISO標(biāo)準(zhǔn)軌跡的幾何特性、運(yùn)動(dòng)特性和運(yùn)行檢測(cè)軌跡時(shí)刀具刀尖點(diǎn)誤差對(duì)機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能參數(shù)的靈敏度，發(fā)現(xiàn)圓形軌跡Ts2和8字形軌跡Ts3具有變

7、化的曲率、更豐富的聯(lián)合運(yùn)動(dòng)速度狀態(tài)和更高的誤差靈敏度。以靈敏度最優(yōu)為目標(biāo)函數(shù)，基于遺傳算法優(yōu)化 RTCP檢測(cè)軌跡，獲得機(jī)床各類動(dòng)態(tài)性能相應(yīng)的優(yōu)化檢測(cè)軌跡-Ts3軌跡、Ts3_45軌跡和Ts3_90軌跡。通過(guò)仿真與實(shí)驗(yàn)，表明不同的機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差類型在不同的 RTCP檢測(cè)軌跡下有不盡相同的誤差表現(xiàn)，驗(yàn)證RTCP優(yōu)化檢測(cè)軌跡在五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能檢測(cè)能力上的優(yōu)越性。
　　（3）提出一種基于圖像識(shí)別的聯(lián)動(dòng)誤差類別溯源方法和基于軌跡相似度的聯(lián)動(dòng)誤

8、差精確溯源方法相結(jié)合的五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能差異溯源方法。以執(zhí)行8字形檢測(cè)軌跡時(shí)刀具刀尖點(diǎn)誤差為研究對(duì)象，依據(jù)不同五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)性能下刀具刀尖點(diǎn)誤差軌跡的差異特征，將機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差分為75類，對(duì)刀具刀尖點(diǎn)誤差軌跡在多維度中的軌跡圖形進(jìn)行歸一化，并利用傅里葉描述子提取刀具刀尖點(diǎn)誤差軌跡特征，與機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)中的誤差軌跡圖比對(duì)，找尋最相近的圖形，確定五軸機(jī)床聯(lián)動(dòng)誤差類型。通過(guò)軌跡相似度溯源方法準(zhǔn)確溯源得到五軸機(jī)床各驅(qū)動(dòng)軸聯(lián)動(dòng)性能差異。通過(guò)五軸機(jī)