雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及輪廓誤差補(bǔ)償控制研究.pdf

1、五軸數(shù)控機(jī)床具有三個(gè)移動(dòng)軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可以同時(shí)調(diào)整刀心位置和刀軸方向，能夠加工幾何形狀比較復(fù)雜和精度要求較高的自由曲面，廣泛應(yīng)用于模具、航空航天零件、精密醫(yī)療器械等設(shè)備的加工，反映了一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的制造業(yè)發(fā)展水平。
　　在五軸數(shù)控加工中存在著各種誤差，如機(jī)床自身在加工和裝配中產(chǎn)生的幾何誤差，溫度變化引起的變形誤差、切削力不均衡導(dǎo)致的誤差、各軸動(dòng)態(tài)特性和控制參數(shù)不匹配引起的誤差等等。這些誤差最終都會(huì)直接或間接地導(dǎo)致零件的加工輪廓與

2、理論輪廓之間的偏差，即輪廓誤差。所以對(duì)輪廓誤差進(jìn)行補(bǔ)償控制，可以有效提高零件的加工精度。五軸機(jī)床相比三軸機(jī)床多出來兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，可以調(diào)整刀具姿態(tài)加工自由曲面，但也正是因?yàn)槿绱?，其輪廓誤差補(bǔ)償變得更加復(fù)雜。
　　為了減小五軸聯(lián)動(dòng)加工中的輪廓誤差，提高加工精度，本文提出了一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的輪廓誤差補(bǔ)償控制方法。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）針對(duì)雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，采用D-H法建立了數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和運(yùn)動(dòng)學(xué)逆

3、解，揭示了三個(gè)移動(dòng)軸、兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)量與工件坐標(biāo)系下刀具位置姿態(tài)之間的映射關(guān)系。運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)正解模型，分析了五個(gè)進(jìn)給軸對(duì)刀心位置偏差和刀軸方向偏差的影響規(guī)律，為后面的輪廓誤差補(bǔ)償控制提供了理論依據(jù)。
　?。?）在五軸數(shù)控機(jī)床中，刀具的刀心位置和刀軸方向同時(shí)決定著加工輪廓表面的形狀和尺寸，所以本文把輪廓誤差分為兩部分：刀心位置輪廓誤差和刀軸方向輪廓誤差，并針對(duì)任意空間曲線建立了這兩種輪廓誤差的計(jì)算模型。
　?。?）由于轉(zhuǎn)動(dòng)軸的

4、存在導(dǎo)致刀軸方向的改變，同時(shí)引起刀心位置非線性運(yùn)動(dòng)，傳統(tǒng)的輪廓誤差交叉耦合控制器無法應(yīng)用于五軸機(jī)床。本文針對(duì)提出的兩種輪廓誤差，設(shè)計(jì)了一種輪廓誤差補(bǔ)償控制方法：利用輪廓誤差計(jì)算模型和正逆解模型把輪廓誤差補(bǔ)償量分配到三個(gè)移動(dòng)軸和兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸中，并使用粒子群優(yōu)化算法優(yōu)化了 PID控制器的參數(shù)。
　?。?）根據(jù)設(shè)計(jì)的輪廓誤差補(bǔ)償方法和進(jìn)給伺服系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，編寫 Matlab仿真程序，通過對(duì)比使用輪廓誤差補(bǔ)償控制前后兩次仿真加工結(jié)果，驗(yàn)