双转台五轴数控机床运动建模与误差补偿

双转台五轴数控机床运动建模与误差补偿

双轩五轴数控机床是目前最重要的精、复杂零件加工设备。同时，还有移动轴和旋转轴。通过均匀安装，你可以完成形状复杂的自由曲线的加工，缩短加工周期，有效避免多次加工造成的误差问题，显著提高加工产品的质量。在多种因素的共同影响下,五轴数控机床实际工作中不可避免地存在机床误差,并且由于五轴数控机床多出两根旋转轴、内部结构更加复杂,导致其误差元素众多且更加复杂。处于工件加工质量和经济性考虑,对五轴数控机床进行误差补偿具有重要的现实意义。本文针对五轴数控机床内部轴的运动进行了细致分析,相应提出了一种误差补偿方法,具体内容如下。1旋转轴轴系统结构双转台五轴数控机床是五轴机床的一种常见形式,内部拥有两个旋转轴和三个移动轴,旋转轴均存在于工件运动链一侧,具有总体刚性高、工艺性能优良、坐标行程范围广等特点。2误差补偿方法出于数控编程便捷性考虑,将工件坐标系作为运动分析过程中的基础坐标系,其中各运动轴和刀具的运动均表示成工件坐标系中的变量。本组方法中,五轴数控机床的误差补偿,主要通过针对运动轴输入相应的补偿值,调整工件姿态和刀具位置实现。具体坐标变化关系如图1所示。首先建立工件坐标系、刀具坐标系以及参考坐标系,其中工件坐标系O建立工件坐标系之后,其中任意一点对应矢量均可以用V表示,方向矢量和位置矢量可分别表示为(x,y,z)和(i,j,k)两种形式,通过下标具体区分不同的状态和位置。3误差补偿的分步实施在机床实际工作过程中,工件加工精度是由工件和刀尖的相对位置决定的。对于工件加工的任意时刻,如掌握工件坐标系中的刀尖O就双转台五轴数控机床而言,对其操作进行误差补偿的难点主要在于,其同时拥有两个旋转轴。在机床工作过程中,其旋转轴和移动轴同时进行运动,旋转轴的工作转动将直接影响工件在移动轴方向的实际运动情况,也就是说即使移动轴坐标与理论位置一致,在旋转轴位置调整过程中,也会对工作台位置造成影响,即在平移运动和转动运动间存在耦合,针对这一情况,简单的轴补偿不发满足机床实际补偿要求,必须充分考虑到移动轴和旋转轴间的运动影响关系,优先进行解耦处理,在进行分布补偿,才能有效提高误差补偿的准确性和有效性。分步补偿的具体步骤为,先完成姿态补偿,在完成位置补偿,实际过程如图2所示。在图2中,位置1表示工件理想位置,位置2表示工件实际位置。在实际补偿过程中,先调整转动轴对工件姿态进行调整,使其方向矢量保持与理论状态一致,即调整至位置3。受旋转轴与运动轴间的耦合影响,工件对应的位置矢量也会发生一定的变化,此时通过调整移动轴即可完成位置补偿,除原始位置误差外,还需补偿因转动轴运动导致的新误差,最终完成对工件的误差补偿。3.1姿态补偿调整分析姿态补偿调整是指位置2调整至位置3的过程,利用坐标系关系可表示为(i通过坐标系关系可得到下列等式关系:其中,Δθ3.2理想位置的过程位置补偿调整是指由位置3,调整至位置1(理想位置)的过程。这一过程中,刀尖矢量逐渐移动至理想位置,最终完成对工件的补偿调整。此时Δ上述等式中,Δ4实验结果分析曲面轮廓工件是双转台五轴数控机床加工的典型零件。借助UG软件构建相应的曲面轮廓工件实体造型,并在此基础上进行加工验证,记录生成的刀位数据文件信息。实际操作过程中,工作人员在加工工件轮廓表面选取采样点10个,通过相应的数学计算,得出准确的零件尺寸误差。随后,根据本文阐述的分步误差补偿方法,建立相应的误差补偿数学模型并编制相应的补偿程序。将采样点的计算误差参数依次输入建立的模型程序,核算各采样点的位置补偿误差和姿态补偿误差,随后将补偿误差输入至原始的刀位文件,并相应生成修改完成的刀位文件,最终得到相应的零件补偿仿真模型。仿真实践分析可得出以下两点结论:一是分步误差补偿方法可有效降低机床误差最大值,同时使残余误差分布变得更加均匀,即有效减小均方差;二是就五轴联动机床而言,对其进行误差补偿还需综合考虑不同轴的耦合关系,优先进行姿态误差补偿、随后进行位置误差补偿,以提高误差补偿准确度。5误差补偿难度综上所述,五轴数控机床作为现阶段进行复杂工件加工的主要手段,在数控机床领域占据重要地位。受其内部结