雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)建模與誤差補(bǔ)償

雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)建模與誤差補(bǔ)償

雙軒五軸數(shù)控機(jī)床是目前最重要的精、復(fù)雜零件加工設(shè)備。同時(shí)，還有移動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸。通過均勻安裝，你可以完成形狀復(fù)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(jī)床實(shí)際工作中不可避免地存在機(jī)床誤差,并且由于五軸數(shù)控機(jī)床多出兩根旋轉(zhuǎn)軸、內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,導(dǎo)致其誤差元素眾多且更加復(fù)雜。處于工件加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性考慮,對五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差補(bǔ)償具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文針對五軸數(shù)控機(jī)床內(nèi)部軸的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了細(xì)致分析,相應(yīng)提出了一種誤差補(bǔ)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(jī)床是五軸機(jī)床的一種常見形式,內(nèi)部擁有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和三個(gè)移動(dòng)軸,旋轉(zhuǎn)軸均存在于工件運(yùn)動(dòng)鏈一側(cè),具有總體剛性高、工藝性能優(yōu)良、坐標(biāo)行程范圍廣等特點(diǎn)。2誤差補(bǔ)償方法出于數(shù)控編程便捷性考慮,將工件坐標(biāo)系作為運(yùn)動(dòng)分析過程中的基礎(chǔ)坐標(biāo)系,其中各運(yùn)動(dòng)軸和刀具的運(yùn)動(dòng)均表示成工件坐標(biāo)系中的變量。本組方法中,五軸數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償,主要通過針對運(yùn)動(dòng)軸輸入相應(yīng)的補(bǔ)償值,調(diào)整工件姿態(tài)和刀具位置實(shí)現(xiàn)。具體坐標(biāo)變化關(guān)系如圖1所示。首先建立工件坐標(biāo)系、刀具坐標(biāo)系以及參考坐標(biāo)系,其中工件坐標(biāo)系O建立工件坐標(biāo)系之后,其中任意一點(diǎn)對應(yīng)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(biāo)具體區(qū)分不同的狀態(tài)和位置。3誤差補(bǔ)償?shù)姆植綄?shí)施在機(jī)床實(shí)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(shí)刻,如掌握工件坐標(biāo)系中的刀尖O就雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床而言,對其操作進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)碾y點(diǎn)主要在于,其同時(shí)擁有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸。在機(jī)床工作過程中,其旋轉(zhuǎn)軸和移動(dòng)軸同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng),旋轉(zhuǎn)軸的工作轉(zhuǎn)動(dòng)將直接影響工件在移動(dòng)軸方向的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況,也就是說即使移動(dòng)軸坐標(biāo)與理論位置一致,在旋轉(zhuǎn)軸位置調(diào)整過程中,也會(huì)對工作臺位置造成影響,即在平移運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)間存在耦合,針對這一情況,簡單的軸補(bǔ)償不發(fā)滿足機(jī)床實(shí)際補(bǔ)償要求,必須充分考慮到移動(dòng)軸和旋轉(zhuǎn)軸間的運(yùn)動(dòng)影響關(guān)系,優(yōu)先進(jìn)行解耦處理,在進(jìn)行分布補(bǔ)償,才能有效提高誤差補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性和有效性。分步補(bǔ)償?shù)木唧w步驟為,先完成姿態(tài)補(bǔ)償,在完成位置補(bǔ)償,實(shí)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(shí)際位置。在實(shí)際補(bǔ)償過程中,先調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)軸對工件姿態(tài)進(jìn)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(yùn)動(dòng)軸間的耦合影響,工件對應(yīng)的位置矢量也會(huì)發(fā)生一定的變化,此時(shí)通過調(diào)整移動(dòng)軸即可完成位置補(bǔ)償,除原始位置誤差外,還需補(bǔ)償因轉(zhuǎn)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的新誤差,最終完成對工件的誤差補(bǔ)償。3.1姿態(tài)補(bǔ)償調(diào)整分析姿態(tài)補(bǔ)償調(diào)整是指位置2調(diào)整至位置3的過程,利用坐標(biāo)系關(guān)系可表示為(i通過坐標(biāo)系關(guān)系可得到下列等式關(guān)系:其中,Δθ3.2理想位置的過程位置補(bǔ)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(dòng)至理想位置,最終完成對工件的補(bǔ)償調(diào)整。此時(shí)Δ上述等式中,Δ4實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析曲面輪廓工件是雙轉(zhuǎn)臺五軸數(shù)控機(jī)床加工的典型零件。借助UG軟件構(gòu)建相應(yīng)的曲面輪廓工件實(shí)體造型,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加工驗(yàn)證,記錄生成的刀位數(shù)據(jù)文件信息。實(shí)際操作過程中,工作人員在加工工件輪廓表面選取采樣點(diǎn)10個(gè),通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)計(jì)算,得出準(zhǔn)確的零件尺寸誤差。隨后,根據(jù)本文闡述的分步誤差補(bǔ)償方法,建立相應(yīng)的誤差補(bǔ)償數(shù)學(xué)模型并編制相應(yīng)的補(bǔ)償程序。將采樣點(diǎn)的計(jì)算誤差參數(shù)依次輸入建立的模型程序,核算各采樣點(diǎn)的位置補(bǔ)償誤差和姿態(tài)補(bǔ)償誤差,隨后將補(bǔ)償誤差輸入至原始的刀位文件,并相應(yīng)生成修改完成的刀位文件,最終得到相應(yīng)的零件補(bǔ)償仿真模型。仿真實(shí)踐分析可得出以下兩點(diǎn)結(jié)論:一是分步誤差補(bǔ)償方法可有效降低機(jī)床誤差最大值,同時(shí)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(dòng)機(jī)床而言,對其進(jìn)行誤差補(bǔ)償還需綜合考慮不同軸的耦合關(guān)系,優(yōu)先進(jìn)行姿態(tài)誤差補(bǔ)償、隨后進(jìn)行位置誤差補(bǔ)償,以提高誤差補(bǔ)償準(zhǔn)確度。5誤差補(bǔ)償難度綜上所述,五軸數(shù)控機(jī)床作為現(xiàn)階段進(jìn)行復(fù)雜工件加工的主要手段,在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域占據(jù)重要地位。受其內(nèi)部結(jié)