雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床運動建模與誤差補償

雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床運動建模與誤差補償

雙軒五軸數(shù)控機床是目前最重要的精、復雜零件加工設備。同時，還有移動軸和旋轉(zhuǎn)軸。通過均勻安裝，你可以完成形狀復雜的自由曲線的加工，縮短加工周期，有效避免多次加工造成的誤差問題，顯著提高加工產(chǎn)品的質(zhì)量。在多種因素的共同影響下,五軸數(shù)控機床實際工作中不可避免地存在機床誤差,并且由于五軸數(shù)控機床多出兩根旋轉(zhuǎn)軸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復雜,導致其誤差元素眾多且更加復雜。處于工件加工質(zhì)量和經(jīng)濟性考慮,對五軸數(shù)控機床進行誤差補償具有重要的現(xiàn)實意義。本文針對五軸數(shù)控機床內(nèi)部軸的運動進行了細致分析,相應提出了一種誤差補償方法,具體內(nèi)容如下。1旋轉(zhuǎn)軸軸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床是五軸機床的一種常見形式,內(nèi)部擁有兩個旋轉(zhuǎn)軸和三個移動軸,旋轉(zhuǎn)軸均存在于工件運動鏈一側(cè),具有總體剛性高、工藝性能優(yōu)良、坐標行程范圍廣等特點。2誤差補償方法出于數(shù)控編程便捷性考慮,將工件坐標系作為運動分析過程中的基礎坐標系,其中各運動軸和刀具的運動均表示成工件坐標系中的變量。本組方法中,五軸數(shù)控機床的誤差補償,主要通過針對運動軸輸入相應的補償值,調(diào)整工件姿態(tài)和刀具位置實現(xiàn)。具體坐標變化關系如圖1所示。首先建立工件坐標系、刀具坐標系以及參考坐標系,其中工件坐標系O建立工件坐標系之后,其中任意一點對應矢量均可以用V表示,方向矢量和位置矢量可分別表示為(x,y,z)和(i,j,k)兩種形式,通過下標具體區(qū)分不同的狀態(tài)和位置。3誤差補償?shù)姆植綄嵤┰跈C床實際工作過程中,工件加工精度是由工件和刀尖的相對位置決定的。對于工件加工的任意時刻,如掌握工件坐標系中的刀尖O就雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床而言,對其操作進行誤差補償?shù)碾y點主要在于,其同時擁有兩個旋轉(zhuǎn)軸。在機床工作過程中,其旋轉(zhuǎn)軸和移動軸同時進行運動,旋轉(zhuǎn)軸的工作轉(zhuǎn)動將直接影響工件在移動軸方向的實際運動情況,也就是說即使移動軸坐標與理論位置一致,在旋轉(zhuǎn)軸位置調(diào)整過程中,也會對工作臺位置造成影響,即在平移運動和轉(zhuǎn)動運動間存在耦合,針對這一情況,簡單的軸補償不發(fā)滿足機床實際補償要求,必須充分考慮到移動軸和旋轉(zhuǎn)軸間的運動影響關系,優(yōu)先進行解耦處理,在進行分布補償,才能有效提高誤差補償?shù)臏蚀_性和有效性。分步補償?shù)木唧w步驟為,先完成姿態(tài)補償,在完成位置補償,實際過程如圖2所示。在圖2中,位置1表示工件理想位置,位置2表示工件實際位置。在實際補償過程中,先調(diào)整轉(zhuǎn)動軸對工件姿態(tài)進行調(diào)整,使其方向矢量保持與理論狀態(tài)一致,即調(diào)整至位置3。受旋轉(zhuǎn)軸與運動軸間的耦合影響,工件對應的位置矢量也會發(fā)生一定的變化,此時通過調(diào)整移動軸即可完成位置補償,除原始位置誤差外,還需補償因轉(zhuǎn)動軸運動導致的新誤差,最終完成對工件的誤差補償。3.1姿態(tài)補償調(diào)整分析姿態(tài)補償調(diào)整是指位置2調(diào)整至位置3的過程,利用坐標系關系可表示為(i通過坐標系關系可得到下列等式關系:其中,Δθ3.2理想位置的過程位置補償調(diào)整是指由位置3,調(diào)整至位置1(理想位置)的過程。這一過程中,刀尖矢量逐漸移動至理想位置,最終完成對工件的補償調(diào)整。此時Δ上述等式中,Δ4實驗結(jié)果分析曲面輪廓工件是雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機床加工的典型零件。借助UG軟件構(gòu)建相應的曲面輪廓工件實體造型,并在此基礎上進行加工驗證,記錄生成的刀位數(shù)據(jù)文件信息。實際操作過程中,工作人員在加工工件輪廓表面選取采樣點10個,通過相應的數(shù)學計算,得出準確的零件尺寸誤差。隨后,根據(jù)本文闡述的分步誤差補償方法,建立相應的誤差補償數(shù)學模型并編制相應的補償程序。將采樣點的計算誤差參數(shù)依次輸入建立的模型程序,核算各采樣點的位置補償誤差和姿態(tài)補償誤差,隨后將補償誤差輸入至原始的刀位文件,并相應生成修改完成的刀位文件,最終得到相應的零件補償仿真模型。仿真實踐分析可得出以下兩點結(jié)論:一是分步誤差補償方法可有效降低機床誤差最大值,同時使殘余誤差分布變得更加均勻,即有效減小均方差;二是就五軸聯(lián)動機床而言,對其進行誤差補償還需綜合考慮不同軸的耦合關系,優(yōu)先進行姿態(tài)誤差補償、隨后進行位置誤差補償,以提高誤差補償準確度。5誤差補償難度綜上所述,五軸數(shù)控機床作為現(xiàn)階段進行復雜工件加工的主要手段,在數(shù)控機床領域占據(jù)重要地位。受其內(nèi)部結(jié)