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随着我国航空航天技术、电子信息技术等的行业的快速发展,对以五轴联动为代表的高档数控机床的需求也快速增长。然而,国产五轴联动数控机床仍与国外先进水平存在不小的差距。本课题在国家科技重大专项“数控机床误差测量、分析与补偿技术”等项目的支持下,以一台双转台五轴联动数控机床为研究对象,开展了误差实时补偿技术相关的研究工作。 本文的主要研究内容有: (1)基于齐次坐标变换方法建立了双转台五轴联动数控机床空间误差模型。本文结合所研究的五轴机床的结构特点,建立了各轴随动坐标系并明确了它们的初始位置关系,继而通过研究齐次坐标变换的原理以及变换矩阵的运算方法,对五轴机床运动链各环节变换矩阵进行了求解,最后根据齐次坐标变换法推导了五轴联动机床的正运动学模型和空间误差模型。 (2)研究并提出了一种空间误差补偿值的实时计算策略。利用计算机直接求解有几何误差的五轴机床运动学方程的逆解存在计算量大,耗费时间长的问题,不适合用于实时误差补偿。本文根据空间误差模型,通过迭代的方式计算理想状态下运动学逆解,使刀具在工件坐标系下的位姿逐步逼近理想位姿,最终得到五个运动轴的补偿值,从理论上保证了空间误差补偿的实时性的要求。 (3)通过数学仿真的方式研究了球杆仪的安装误差对测量值影响的规律,提出了一种新的安装误差辨识和分离方法。实验结果和仿真数据均证明了所提出的方法的有效性。在此基础上,本文对经典的旋转轴的误差测量方法进行了改进,通过分离球杆仪安装误差的影响,提高了误差辨识结果的准确性。 (4)提出了一种基于西门子840D界面二次开发的实时补偿实施方案。基于西门子840D数控系统开放性的特点,开发了可嵌入到人机界面中误差实时补偿应用程序,通过选择合适的机床参数作为补偿接口,并利用动态数据交互协议,实现了五轴机床空间误差的实时补偿。 通过上述研究内容,形成了一套集误差元素测量、空间误差建模、误差补偿实施在内误差补偿技术方案,并通过加工对比实验验证了所提出的关键技术的有效性。