基于3d测针-球心法的五轴机床五轴运动误差建模与仿真

基于3d测针-球心法的五轴机床五轴运动误差建模与仿真

0旋转轴和主轴因误差造成的误差,造成旋转轴和主轴偏离现有的主无论是在装配和制造过程中第一次故障还是随着机的长期运行，都会导致机架差别和旋转误差，从而偏离旋转轴和主缸的原始位置。1由关节连接的多个相关系数i和j任何结构的机床运动都可描述为一系列的运动副和关节组成的运动链,对于由关节连接的任意两个相近的构件i和j,固连在他们上的坐标系分别为O其中,L1.1机床运动特点五轴机床有多种不同的形式结构,五轴代表三个平动轴与两个旋转轴,根据旋转轴配置的不同,机床结构类型可分为三类:工作台旋转型、刀具旋转型和混合型。机床处于理想工作状态下时,机床各平动坐标轴均相互垂直,运动方向与机床坐标系坐标轴方向一致,两回转轴心线垂直相交,且分别平行于所绕行的轴线。则刀具坐标系到工件坐标系的空间转换关系1.2五轴机的运行误差模型假设r为刀具坐标系中的一点,Q为工件坐标系的同一点,则[Q1]1.2.1回转轴轴系统优化工作台旋转型机床两回转轴均作用于工作台上,因为机床误差的存在,两回转轴轴心不一致,且与工件坐标系也不一致,刀具坐标系到工件坐标系的空间转换关系表示为:用图1所示的坐标系描述刀具中心位置相对于工件的位置关系,工件端上的第一、第二旋转轴定义为N其中的工件坐标系w到N1.2.2旋转轴与工件坐标系混合型机床两回转轴分别作用于工作台上和主轴上,因为机床误差的存在,第一旋转轴与工件坐标系不一致,且第二旋转轴也不平行于所绕行的线性轴。刀具坐标系到工件坐标系的空间转换关系可表示为:用图2所示的坐标系描述刀具中心位置相对于工件的位置关系,工件端上的第一转轴定义为N其中的工件坐标系w到N1.2.3回转轴轴不一致刀具旋转型机床两回转轴分别作用于主轴上,因为机床误差的存在,两回转轴轴心不一致。刀具坐标系到工件坐标系的空间转换关系表示为:用图3所示的坐标系描述刀具中心位置相对于工件的位置关系,主轴端上的第一、第二旋转轴为N其中两旋转轴之间的偏移矢量表示为L2旋转型机床轴向误差项由以上描述可知,三类机床结构模型相似,只是平移和旋转的顺序不同,三类机床中均存在四个误差项,分别来自于两个旋转轴的轴向误差N首先对工作台旋转型机床进行分析,四个误差项为旋转轴轴向误差N因此,若要得到位置偏移误差,首先要已知轴向误差。根据机床结构,工作台旋转型和刀具旋转型机床,主动轴的旋转必会带动从动轴转动,因此需先对N3旋转轴轴向的确定根据以上分析,得到对误差项的计算顺序,但是旋转轴位于机床内部,无法直接测量轴向。在空间运动学中,在绕旋转轴运动的圆周上取任意三点组成的平面,平面的法向量即为轴向,因此可通过每次保持一条旋转轴不动,另一旋转轴转动,以不同角度测量一点三次即可确定一条旋转轴轴向。因为对任意机床类型误差项的求解顺序相同,我们以刀具旋转型机床为研究对象。3.1旋转轴的第一个轴向测量假设测量N记虽然是未知量但是值是固定的,因此可看作μ3.2旋转轴的第二个方向的测量测量N3.3位置位移误差的计算取每次测量的任意两组五轴进给数据带入相应的表达式中,得到与L其中R其中RN4多轴机床测量的多次联动相较于多种测量工具,比如千分表和测试棒适用于刀具旋转型机床,对于混合型和工作台旋转型机床则不利于控制,而且是人工测量,费时且效率低。双球杆仪也可被用来测量机床误差,测量时每两轴联动,因此对多轴机床的完全测量需要多次联动。激光干涉仪AxiSet测量时标准球4.1补偿矢量测量由于所有测头在使用前或者安装新的测针后都必须经过标定,且标定过程和测量过程应该使用相同的测量速度。结合测量原理,测量步骤可分为以下4步:(1)标定测头将主轴测头定位到标准球上方某个使测头能安全无碰撞地开始向下移动或绕行的位置标定结束后,测头回到标准球中心上方,经过标定后可确定标准球的球心坐标O(2)测量第一旋转轴轴向将测针定位到参考点,第一旋转轴旋转角度α如图6所示以CA旋转轴为例,球面坐标Q(3)测量第二旋转轴轴向将测针定位到参考点,保持第一旋转轴角度φ(4)旋转轴测量示意图如图7所示,将各值带入式(3)、(4)得到距离补偿矢量L4.2基于双程序的自动测量循环测量模块若测量程序能够读取生成逼近测量点的运行方案,可实现将自动测量循环测量可作为解决特定测量任务的通用子程序,通过参数根据具体问题加以调整。5本文所提方法的准确性根据五轴机床运动学模型,使用C++开发一个机床模拟系统,以机床结构为CA旋转轴为例,N为了验证本文所提方法的正确性,读取测量所得数据,应用本文所提的测量方法,计算五轴机床各误差项的值。根据图10与机床结构的对比,说明使用本文所提测量方法得到五轴机床的各项误差参数,与预设机床结构的误差值一致且有较高的计算精度。若将测得的误差项的值补偿到机床运动学模型中,能够实现五轴机床的精确加工。6保快速发现算法五轴机床几何误差的精确测量对误差补偿意义重大,