基于效率優(yōu)化的五軸聯(lián)動機床幾何誤差測量及補償方法研究.pdf

1、五軸聯(lián)動機床具有高效、高精加工等特點，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)動機床存在固有的幾何誤差。通過測量和補償，減小幾何誤差的影響，提高機床加工精度一直是國內(nèi)外研究熱點。相比于三軸機床，五軸聯(lián)動機床由于引入了兩個轉(zhuǎn)動軸，其幾何誤差數(shù)量更多，且它們在測量補償中呈現(xiàn)出復雜的耦合關(guān)系，因此五軸聯(lián)動機床幾何誤差測量和補償更加困難。本文基于上述現(xiàn)狀，針對五軸聯(lián)動機床幾何誤差測量及補償方法展開研究，并進行了仿真與實

2、驗驗證。
　　本文以提高五軸聯(lián)動機床幾何誤差測量及補償?shù)男屎途葹槟繕耍Y(jié)合國家自然科學基金“基于軸間雙向耦合的五軸聯(lián)動機床幾何誤差漸近辨識補償方法研究”等課題，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點有：
　　對五軸聯(lián)動機床進行了運動學分析，基于分析結(jié)果構(gòu)造了機床的理想成型函數(shù)和實際成型函數(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)動機床空間誤差模型。
　　提出了一種基于單測點的PIGE辨識策略，由單測點約束下測點分布確定測量所需的

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)臺結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動機床為實現(xiàn)平臺，分別采用觸發(fā)式測頭、試件加工-三坐標測量儀、試件加工-激光位移傳感器設(shè)計了辨識策略的三種實現(xiàn)方法。
　　提出了一種雙運動鏈 PDGE辨識策略，通過預(yù)先在待標定運動鏈上布局所需測點，并在測量過程中變換測量參考點的方式，達到提高測量效率的目的。在此基礎(chǔ)上，以單擺頭-

4、單轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動機床為平臺，利用觸發(fā)式測頭和標定球設(shè)計了一種實現(xiàn)方法。提出了一種基于一維跟蹤球的轉(zhuǎn)動軸 PDGE辨識策略，采用多維度分步采集方式，僅通過單一方向位移的分步采集獲得標定球球心三個方向的位移，提高了整個測量過程的效率。在此基礎(chǔ)上，以雙轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)五軸聯(lián)動機床為平臺，利用激光位移傳感器和標定球設(shè)計了一種實現(xiàn)方法。
　　以改進現(xiàn)有補償方法效率為目的，提出了一種基于軸間拓撲關(guān)系的幾何誤差補償方法，包含兩部分內(nèi)容：一部分是刀具方

5、向誤差補償算法，該算法按照機床運動鏈中靠近切削點轉(zhuǎn)動軸→遠離切削點轉(zhuǎn)動軸的順序求解補償指令，避免了刀具方向誤差補償算法中的迭代過程；另一部分是刀具位置誤差補償算法，該算法同樣按照機床運動鏈中距離切削點由近及遠的順序求解平動軸補償指令，避免了刀具位置誤差補償算法中的迭代過程。最后綜合上述兩部分補償算法，建立了五軸聯(lián)動機床幾何誤差的補償流程。
　　搭建了五軸聯(lián)動機床幾何誤差測量及補償實驗平臺，對所提出的PIGE測量方法、轉(zhuǎn)動軸 PDG