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面向多体系统的五轴联动数控机床运动建模及几何误差分析研究

李晓丽  
【摘要】: 数控加工后置处理不仅是CAD/CAM技术和数控编程系统的重要组成部分,而且也是实现数控机床几何误差软件补偿的重要途径。后置处理的关键是机床运动求解,即根据机床的运动结构和各轴之间的运动关系把刀位文件中在工件坐标系中给出的的刀位数据转化为机床坐标系中数控机床各坐标轴的运动坐标。目前,机床运动求解的一般方法都是采用基于机床结构分类的无误差处理方法,而一种理想的后置处理系统应该能够对数控机床几何误差进行补偿。 本文主要对五轴联动数控机床运动学建模,几何误差补偿及误差参数辨识等三个主要内容进行了研究,最后对该系统进行了验证,研究情况如下: (1)机床运动学建模 研究了一种较为特殊的五轴联动数控机床结构,该机床刀具旋转轴线与Z轴成一定夹角。以此机床为例探索了基于多体系统的机床建模方法,建立了刀具旋转轴线与Z轴成任意夹角的数控机床运动学模型,为建立任意结构的数控机床运动学模型提供参考价值。并通过该模型将由前置刀位文件提供的刀轴矢量和刀位转换成数控机床各运动轴上的运动量。 (2)几何误差补偿 介绍了目前主流的五轴联动数控机床的运动结构,按照两个回转轴的配置情况,将五轴数控机床分为3类。按照多体系统理论,每类五轴联动数控机床的拓扑结构和低序体阵列相同,故3类机床分别以一种具体结构的机床为例,在参考双转台类型机床的几何误差建模基础上,完善基于多体系统的误差理论,用于各类五轴机床的误差建模。将运动学建模所得到的理想状态下的数控指令作为初值进行误差补偿后的数控指令的迭代求解。 (3)误差参数辨识 研究了平动轴和转动轴的误差辨识方法。在此基础上得到计算实际数控指令所需的误差参数。 (4)系统验证 利用Visual C++6.0开发工具对五轴联动数控机床后置处理系统进行了实现,最后采用VERICUT对理想状态下的后置处理进行了验证,对比了几何误差补偿前后的数控指令,并将几何误差补偿后的仿真模型同设计模型进行了误差对比。 本文在研究五轴联动数控机床结构和多体系统理论的基础上探索了基于多体系统理论的机床运动建模方法。完善了基于多体系统的误差理论,使其可用于各类五轴机床。


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