加工中心幾何誤差建模分析與誤差補(bǔ)償策略

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1、加工中心幾何誤差建模分析與誤差補(bǔ)償策略穆塔里夫·阿赫邁德!趙大泉"鄭力"!#新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，新疆烏魯木齊$%&&&$；"#清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，北京!&&&$’摘要：運(yùn)用齊次坐標(biāo)變換原理和剛體假設(shè)，建立了加工中心從刀尖點(diǎn)到工作臺(tái)的總體誤差傳遞矩陣，推導(dǎo)出了通用的加工中心幾何誤差計(jì)算模型；用此模型對(duì)()*%+&臥式加工中心進(jìn)行了幾何誤差計(jì)算，并對(duì)誤差模型進(jìn)行了校驗(yàn)和分析，提出了基于,-機(jī)的加工中心誤差補(bǔ)償策略。關(guān)鍵詞：加工中心；幾何誤差；建模；誤差補(bǔ)償中圖分類號(hào)：(.*+/文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：0文章編號(hào)：!&&!1""*+（"&&"）!!1&&&21&%!"#$%&#’(

2、)*+)+’,-(-+)&.%$/#)-+0(%)0+.0(.%1*#%$#02(.#22%2-1%2$+."()()*.#)0#2345677890:;<5=)0>?<@4

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4、將其看成一個(gè)開環(huán)機(jī)構(gòu)，運(yùn)用機(jī)器人學(xué)素［!，%，’］。影響機(jī)床最終加工件尺寸精度的誤差源可中的齊次坐標(biāo)變換原理和剛體假設(shè)對(duì)幾何誤差進(jìn)行建以根據(jù)誤差發(fā)生的階段分為準(zhǔn)備階段的誤差源和加工模。在進(jìn)行具體分析時(shí)，我們做了以下幾個(gè)假設(shè)：機(jī)床階段誤差源。準(zhǔn)備階段誤差源的影響可以通過C-程部件全部是剛體；兩個(gè)部件之間的角度誤差相對(duì)于這序的精心準(zhǔn)備和使用各種軟件工具（包括自動(dòng)C-代個(gè)角度很?。恢豢紤]誤差方程的一階項(xiàng)；只研究機(jī)床的碼生成軟件，代碼校驗(yàn)軟件等）避免。而加工階段的誤靜態(tài)誤差；不考慮機(jī)床的直線度誤差。差源主要受機(jī)床的切削過程和運(yùn)動(dòng)引起的機(jī)械和熱載!齊次坐標(biāo)變換荷影響。根據(jù)產(chǎn)生誤

5、差的原因，可以將機(jī)床的誤差源大致分為三類：幾何誤差、熱誤差和載荷誤差。幾何精在導(dǎo)出加工中心的幾何誤差模型之前，首先引出度是影響尺寸精度的直接原因之一。如何最大限度的單一部件的齊次坐標(biāo)變換。部件的簡圖和坐標(biāo)系的定提高機(jī)床的幾何精度是提高機(jī)床整體精度的關(guān)鍵問題義如圖!所示。設(shè)部件的原位為坐標(biāo)系［!!"!#!］，之一。部件經(jīng)移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)到坐標(biāo)系［!%"%#%］，這兩個(gè)坐標(biāo)本研究在分析建模時(shí)，根據(jù)()*%+&臥式加工中系的齊次變換矩陣可以表示為［"］：!EFJ!EFJ"1EFJ!J8A"J8A!#S!##EFJ#J8A"SJ8A#J8A!EFJ"EFJ#EFJ"1J8A#J8A

6、!J8A"1J8A#EFJ!%S!%$R（!）J8A#J8A"1EFJ#J8A!EFJ"EFJ#J8A!J8A"SJ8A#EFJ"EFJ#EFJ!&S!&"&&&!$其中#，!，"，!’，!%，!&是三個(gè)角度誤差和三個(gè)!!1"!#S!’#位置誤差。"!1#%S!%$R（"）根據(jù)上面的假設(shè)，機(jī)床部件間的角位移誤差是小1!#!&S!&誤差，因此EFJ#%!，J8A#%#，忽略高階小量，上面的齊"&&&!$次變換矩陣$可以簡化為："&&"年第!!期2定坐標(biāo)系［"’$’%’］，同時(shí)也把刀尖點(diǎn)在坐標(biāo)系"加工中心誤差模型［"*$*%*］中的坐標(biāo)映射到固定坐標(biāo)系［"’$’%’］，得

7、"!!加工中心誤差建模到如下方程：#$%&’(加工中心",)$"($的模型如圖"所示。誤&#,-/&()*(（*）+’+&)+’+/+&(),.(差傳遞鏈為：刀尖點(diǎn)!#!%#!%主軸箱!立柱!床身!因此，刀尖點(diǎn)在工作臺(tái)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：工作臺(tái)。由于刀具、主",)$"($軸箱、立柱及工作臺(tái)均,-&#）+!/&()*(（’）,))（+’+&+’+/+&()是運(yùn)動(dòng)件，所以誤差推,.(圖!部件模型及坐標(biāo)系#!%#!%導(dǎo)過程為首先推導(dǎo)刀尖加工中心的誤差分量可以表示為：點(diǎn)!主軸箱!立柱!"!)$床身的誤差傳遞矩!-0)),實(shí)際+,理想（%）陣，然后推導(dǎo)工作臺(tái)!.