5 軸數控加工中心加工零部件范圍廣,加工形式靈活, 可加工葉輪、曲軸等包含復雜曲面的零件。由于CAD / CAM 在設計制造中應用普及性增強,5 軸加工中心的應用也越來越廣泛,5軸數控加工中心的運動精度問題就顯得尤為重要。隨著對數控加工中心的運動精度研究不斷深入 尤其是 3 軸加工中心 21 項誤差及 5 軸加工中心 37 項獨立誤差的確定[1],對數控加工中心的誤差研究從基于統計學轉變為基于數值方法[2-3]。在加工曲面或曲線過程中,誤差的耦合是大量存在的。許多學者對單根進給軸的誤差進行了解耦分析,并取得了一定成果[4-5]。而正確、高效的誤差辨識技術正是誤差解耦補償的前提[6]。
球桿儀作為一種快速誤差檢測儀器,具有高效率、高精度的特點。在工業中有著廣泛應用,但球桿儀的算法及誤差模型并不開放,進行誤差辨識研究有一定的難度,許多學者采用球桿儀進行過誤差辨識方面的研究[7-8]。其中,梁瑩瑩等提出了改變球桿儀桿長及測量高度的方法進行誤差辨識,可有效檢測出同一坐標系下全部 6 個誤差元素[9],該方法具有高精度、易進行數值等優點。近來,有學者提出球桿儀安裝尺寸對檢測過程的影響不容忽略[10]。為了避免頻繁調整球桿儀安裝尺寸對最終檢測結果的影響,本文以自主設計的五軸數控加工中心和國產開放式數控系統作為研究對象,建立了五軸加工中心空間誤差模型。并在該模型基礎上,組合使用球桿儀和激光干涉儀,針對工件坐標系及刀具坐標系間的聯動插補開展辨識研究。
1 加工中心綜合誤差建模及辨識原理
1. 1 加工中心綜合誤差模型
本文研究對象為一臺 5 軸數控加工中心,其機械結構為擺頭———回轉臺式,由三根直線軸 X、Y、Z,兩根旋轉軸 A、C 組成。其中 A 軸為加工中心擺頭,圍繞 X 軸旋轉; C 軸為加工中心回轉工作臺,圍繞 Z 軸旋轉,機床進給軸運動范圍為 1200 mm × 950 mm × 1100 mm,如圖 1 所示。拓撲結構為樹形結構,有兩條運動支鏈,如圖 2 所示。
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因此為了提高數控加工中心動態加工精度和在機測量系統的測量精度,必須精確建立工作臺定位誤差與運動速度下的誤差補償模型,同時盡量保證數控加工中心在其最佳運動速度下進行工作。
2021-09
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