5軸CNC加工中心裝配誤差補償的實際逆向運動學
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，位置無關誤差和位置相關誤差，位置無關誤差又稱為裝配誤差。裝配誤差是指加工中心裝配過程中，由于人為因素而產生的各軸之間的垂直度/平行度/相對位置誤差，裝配誤差是一個固定值；而位置相關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，加工中心在運動過程中由于零件的不精確，在不同位置會產生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關系[1]。誤差補償包括誤差測量、誤差溯源和誤差建模補償3個階段。誤差模型的建立在誤差補償中起著重要的作用，常用的誤差建模理論有多體系統理論[3_12’14—161和旋量理論[13]。多體系統理論以齊次坐標變換矩陣為基礎，在加工中心的各個運動體上建立局部坐標系，加工中心的相互運動表示為各個局部坐標系之間的平移/旋轉齊次坐標變換，計算相對簡單且容易理解，是目前應用最為廣泛的建模方法。與常用的齊次坐標變換方法不同的是，旋量理論在全局坐標系下描述剛體運動，因此旋量理論不需要像齊次坐標變換方法一樣建立很多局部坐標系，但是原本定義在笛卡爾空間中的幾何誤差項必須通過旋量理論轉變到se(3)歐氏空間中，使得旋量理論的計算相較于齊次坐標變換法更加復雜。本文誤差模型是基于齊次坐標變換矩陣建立得到的。在過去十幾年來，誤差補償的研究已經取得了豐碩的成果。Zhu等建立了誤差辨識模型及誤差補償模型，有效地辨識出5軸加工中心旋轉軸位置相關誤差并進行了補償[4]。Cui等將補償實施策略集成到840D商用CNC系統中，開發了軟、硬件補償系統，采用了多線程并行管理技術，避免了 CPU長時間的工作iTsutsumi等采用球桿儀的圓測試技術辨識出雙轉臺型5軸加工中心兩個旋轉軸的8項固定誤差并進行補償，但沒有考慮直線軸的三項垂直度誤差且只修正了刀具中心位置的偏差，并未對刀軸矢量誤差進行探討[6]。LEE等在研究過程中也沒有涉及直線軸的三項垂直度誤差現有的絕大部分補償方法，其核心思想是在理想的加工代碼中添加一個與誤差矢量相反的人為誤差矢量，從而盡可能抵消現存的誤差。所以很多學者都集中精力提出了許多算法求解出刀具相對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、迭代回歸計算方法[11’12]和微分誤差預測法[14’15]。與此不同的是，Yang等基于旋量理論提出了實際逆向運動學求解算法，避免了前向、逆向、微分和迭代等繁瑣的推導[13]。筆者也曾基于齊次坐標變換方法，推導了實際逆向運動學解析表達式，不需要求解誤差矢量，打破了傳統誤差補償方法思維的局限性[16]，但研究不夠全面，只考慮了 2個旋轉軸的裝配誤差，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上，引入直線軸裝配誤差，集中直線軸運動坐標，將其與誤差運動分離開來，從而求得誤差補償后的NC代碼解析表達式。同時將該求解算法推廣到任意結構的5軸加工中心，表明了算法的通用性，并通過仿真切削驗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，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！結束語：本文以回轉/擺頭型5軸加工中心為例，建立了包含11項裝配誤差的運動學模型，一次逆向運算求解補償后的NC代碼解析表達式，與傳統誤差補償方法相比，補償過程簡單，有助于實時誤差補償的研究。所提出的實際逆向運動學算法適用于其他任意結構的5軸加工中心，為適應各種5軸結構的可重構誤差補償模型的建立提供基礎；對比了所提方法與迭代、微分補償方法，結果表明所提方法計算效率顯著提高，且能滿足精度要求。建立了仿真加工中心模型，通過模擬切削驗證了該補償方法能顯著消除裝配誤差對加工精度的影響，有效提高加工中心的加工精度。海天精工是一家集銷售、應用及服務于一體的公司。產品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產工廠設在廣東省寧波市，目前其生產的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務！聲明：本站文章均來自網絡，所有內容不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任！