雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動數(shù)控機床運動學模型及輪廓誤差補償控制研究.pdf

1、五軸數(shù)控機床具有三個移動軸和兩個轉(zhuǎn)動軸，可以同時調(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，反映了一個國家或地區(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、切削力不均衡導致的誤差、各軸動態(tài)特性和控制參數(shù)不匹配引起的誤差等等。這些誤差最終都會直接或間接地導致零件的加工輪廓與

2、理論輪廓之間的偏差，即輪廓誤差。所以對輪廓誤差進行補償控制，可以有效提高零件的加工精度。五軸機床相比三軸機床多出來兩個轉(zhuǎn)動軸，可以調(diào)整刀具姿態(tài)加工自由曲面，但也正是因為如此，其輪廓誤差補償變得更加復(fù)雜。
　　為了減小五軸聯(lián)動加工中的輪廓誤差，提高加工精度，本文提出了一種基于運動學模型的輪廓誤差補償控制方法。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）針對雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動數(shù)控機床，采用D-H法建立了數(shù)控機床運動學模型，包括運動學正解和運動學逆

3、解，揭示了三個移動軸、兩個轉(zhuǎn)動軸的運動量與工件坐標系下刀具位置姿態(tài)之間的映射關(guān)系。運用運動學正解模型，分析了五個進給軸對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償控制提供了理論依據(jù)。
　?。?）在五軸數(shù)控機床中，刀具的刀心位置和刀軸方向同時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，并針對任意空間曲線建立了這兩種輪廓誤差的計算模型。
　?。?）由于轉(zhuǎn)動軸的

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