5軸CNC加工中心裝配誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)際逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：幾何誤差是加工中心的主要誤差源，約占加工中心總誤差源的40%,在加工中心運(yùn)行過程中始終影響著定位精度[u]。幾何誤差又分為兩大類，位置無(wú)關(guān)誤差和位置相關(guān)誤差，位置無(wú)關(guān)誤差又稱為裝配誤差。裝配誤差是指加工中心裝配過程中，由于人為因素而產(chǎn)生的各軸之間的垂直度/平行度/相對(duì)位置誤差，裝配誤差是一個(gè)固定值；而位置相關(guān)誤差起因于加工中心各零部件的加工精度，例如絲杠、線軌等，加工中心在運(yùn)動(dòng)過程中由于零件的不精確，在不同位置會(huì)產(chǎn)生6自由度方向的微小偏移量，這些偏移量隨著加工中心位置的不同而不同，與加工中心位置保持著一定的函數(shù)關(guān)系[1]。誤差補(bǔ)償包括誤差測(cè)量、誤差溯源和誤差建模補(bǔ)償3個(gè)階段。誤差模型的建立在誤差補(bǔ)償中起著重要的作用，常用的誤差建模理論有多體系統(tǒng)理論[3_12’14—161和旋量理論[13]。多體系統(tǒng)理論以齊次坐標(biāo)變換矩陣為基礎(chǔ)，在加工中心的各個(gè)運(yùn)動(dòng)體上建立局部坐標(biāo)系，加工中心的相互運(yùn)動(dòng)表示為各個(gè)局部坐標(biāo)系之間的平移/旋轉(zhuǎn)齊次坐標(biāo)變換，計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單且容易理解，是目前應(yīng)用最為廣泛的建模方法。與常用的齊次坐標(biāo)變換方法不同的是，旋量理論在全局坐標(biāo)系下描述剛體運(yùn)動(dòng)，因此旋量理論不需要像齊次坐標(biāo)變換方法一樣建立很多局部坐標(biāo)系，但是原本定義在笛卡爾空間中的幾何誤差項(xiàng)必須通過旋量理論轉(zhuǎn)變到se(3)歐氏空間中，使得旋量理論的計(jì)算相較于齊次坐標(biāo)變換法更加復(fù)雜。本文誤差模型是基于齊次坐標(biāo)變換矩陣建立得到的。在過去十幾年來(lái)，誤差補(bǔ)償?shù)难芯恳呀?jīng)取得了豐碩的成果。Zhu等建立了誤差辨識(shí)模型及誤差補(bǔ)償模型，有效地辨識(shí)出5軸加工中心旋轉(zhuǎn)軸位置相關(guān)誤差并進(jìn)行了補(bǔ)償[4]。Cui等將補(bǔ)償實(shí)施策略集成到840D商用CNC系統(tǒng)中，開發(fā)了軟、硬件補(bǔ)償系統(tǒng)，采用了多線程并行管理技術(shù)，避免了 CPU長(zhǎng)時(shí)間的工作iTsutsumi等采用球桿儀的圓測(cè)試技術(shù)辨識(shí)出雙轉(zhuǎn)臺(tái)型5軸加工中心兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的8項(xiàng)固定誤差并進(jìn)行補(bǔ)償，但沒有考慮直線軸的三項(xiàng)垂直度誤差且只修正了刀具中心位置的偏差，并未對(duì)刀軸矢量誤差進(jìn)行探討[6]。LEE等在研究過程中也沒有涉及直線軸的三項(xiàng)垂直度誤差現(xiàn)有的絕大部分補(bǔ)償方法，其核心思想是在理想的加工代碼中添加一個(gè)與誤差矢量相反的人為誤差矢量，從而盡可能抵消現(xiàn)存的誤差。所以很多學(xué)者都集中精力提出了許多算法求解出刀具相對(duì)于工件的終端誤差矢量。比較常用的方法有微分算子解耦方法[8’91、迭代回歸計(jì)算方法[11’12]和微分誤差預(yù)測(cè)法[14’15]。與此不同的是，Yang等基于旋量理論提出了實(shí)際逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解算法，避免了前向、逆向、微分和迭代等繁瑣的推導(dǎo)[13]。筆者也曾基于齊次坐標(biāo)變換方法，推導(dǎo)了實(shí)際逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)解析表達(dá)式，不需要求解誤差矢量，打破了傳統(tǒng)誤差補(bǔ)償方法思維的局限性[16]，但研究不夠全面，只考慮了 2個(gè)旋轉(zhuǎn)軸的裝配誤差，而直線軸誤差的引入，大大增加了逆向求解的難度。本文是在已有工作的基礎(chǔ)上，引入直線軸裝配誤差，集中直線軸運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)，將其與誤差運(yùn)動(dòng)分離開來(lái)，從而求得誤差補(bǔ)償后的NC代碼解析表達(dá)式。同時(shí)將該求解算法推廣到任意結(jié)構(gòu)的5軸加工中心，表明了算法的通用性，并通過仿真切削驗(yàn)證了算法的可行性和正確性。海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無(wú)法正常使用！結(jié)束語(yǔ)：本文以回轉(zhuǎn)/擺頭型5軸加工中心為例，建立了包含11項(xiàng)裝配誤差的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，一次逆向運(yùn)算求解補(bǔ)償后的NC代碼解析表達(dá)式，與傳統(tǒng)誤差補(bǔ)償方法相比，補(bǔ)償過程簡(jiǎn)單，有助于實(shí)時(shí)誤差補(bǔ)償?shù)难芯俊Ｋ岢龅膶?shí)際逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)算法適用于其他任意結(jié)構(gòu)的5軸加工中心，為適應(yīng)各種5軸結(jié)構(gòu)的可重構(gòu)誤差補(bǔ)償模型的建立提供基礎(chǔ)；對(duì)比了所提方法與迭代、微分補(bǔ)償方法，結(jié)果表明所提方法計(jì)算效率顯著提高，且能滿足精度要求。建立了仿真加工中心模型，通過模擬切削驗(yàn)證了該補(bǔ)償方法能顯著消除裝配誤差對(duì)加工精度的影響，有效提高加工中心的加工精度。海天精工是一家集銷售、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機(jī)、石墨機(jī)、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務(wù)！聲明：本站文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任！