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加工中心運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈建模方法
閱讀：77 發(fā)布時(shí)間：2020-8-12伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心
前言：
CNC加工中心作為工業(yè)母機(jī)，是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面零件高效高精度加工的核心加工設(shè)備，代表著一個(gè)國家裝備制造業(yè)的發(fā)展水平，對一個(gè)國家的航空、軍事、科研以及精密機(jī)械等行業(yè)有著至關(guān)重要的影響力[1]。CNC加工中心的幾何精度是其加工精度的重要保證。在加工過程中，由于CNC加工中心幾何空間誤差影響，使得實(shí)際加工軌跡不能與理想軌跡完整吻合。研究表明，CNC加工中心的幾何空間誤差占被加工件加工誤差的60%以上[2]。
為了消除加工中心的幾何空間誤差對加工精度的影響，就必須對加工中心刀具點(diǎn)進(jìn)行誤差補(bǔ)償。而精確的加工中心空間誤差模型是進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)那疤幔訡NC加工中心空間幾何誤差建模研究尤為重要。國外方面，1955年，DENAVIT等[3]提出了基于齊次坐標(biāo)變換(Homogeneous transformation matrices，HTM)的理想運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，D-H方法成為分析運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)空間姿態(tài)的強(qiáng)有力工具；KIRIDENA等[4]等用D-H法建立了 TTTRR、RTTTR、RRTTT形式的五坐標(biāo)機(jī)床的空間幾何誤差模型，研究了定位誤差與體積誤差之間的映射關(guān)系，該研究也使D-H法被廣泛地用于多種多軸加工中心的空間幾何誤差建模；FAN等[5]學(xué)者基于多體系統(tǒng)理論進(jìn)一步研究了多軸加工中心幾何誤差模型；國內(nèi)方面，F(xiàn)U等[6]基于運(yùn)動(dòng)微分矢量，提出了 一種五軸加工中心幾何誤差建模、辨識(shí)與補(bǔ)償方法；ZHONG等[7]基于多體系統(tǒng)理論與齊次變換矩陣，對五軸加工中心進(jìn)行了幾何誤差建模；陳劍雄等[8]利用微分變換實(shí)現(xiàn)了加工中心誤差解耦研究。
從以上文獻(xiàn)中可以總結(jié)出CNC加工中心幾何誤差建模主要有以下兩種方法[!M2]:①基于多體運(yùn)動(dòng)學(xué)與HTM法的CNC加工中心運(yùn)動(dòng)誤差建模；②基于微分變換的CNC加工中心誤差建模。兩種誤差建模方式基準(zhǔn)不同。第一種誤差模型以加工中心參考坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，與特定加工中心的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，僅僅適用于少量結(jié)構(gòu)的加工中心誤差建模，通用性相對較差。第二種誤差模型以工件坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，利用微分變換理論，將機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸的幾何誤差等效為相對理想位姿，可以滿足不同結(jié)構(gòu)形式的CNC加工中心誤差建模,通用性較強(qiáng)。而要運(yùn)用微分變換理論對CNC加工中心進(jìn)行空間幾何誤差建模，必須要知道加工中心運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈。所以為了實(shí)現(xiàn)對所有結(jié)構(gòu)加工中心誤差建模，一種獲得任意加工中心運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈的方法就顯得至關(guān)重要。
為此，本文提出一種任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)CNC加工中心運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈建模方法。通過建立加工中心拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用多體系統(tǒng)理論與低序體序列，提出加工中心運(yùn)動(dòng)軸連接支承件相對運(yùn)動(dòng)矩陣和加工中心支承件連接矩陣概念，將加工中心運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞與加工中心支承件相對運(yùn)動(dòng)矩陣和加工中心支承件連接矩陣起來，構(gòu)建運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞判定數(shù)學(xué)模型，從而獲得運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈。然后結(jié)合微分變換理論實(shí)現(xiàn)任意加工中心空間幾何誤差計(jì)算。本文提出的方法，不僅可以獲取任意結(jié)構(gòu)加工中心運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈，而且易于計(jì)算機(jī)自動(dòng)化建模與編程，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)對加工中心的自動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)建模與運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈獲取。同時(shí)，本文通過某五軸立式加工中心作為計(jì)算實(shí)例，證明了該運(yùn)動(dòng)軸誤差傳遞鏈建模方法的有效性。