五轴数控机床旋转轴几何误差测量与建模.pdf

第2期
杌械设计与制造
2011年2月
Machinery Design Manufacture
157
文章编号:1001-3997(2011)02-0157-02
五轴数控机床旋转轴几何误差测量与建模
付璇田怀文朱绍维
西南交通大学机械工程学院,成都610031)
Geometric error measurement and modeling for five-axis CNC machine
tool with rotary axes
FU Xuan, TIAN Huai-wcn, ZHU Shao-wei
(Southwest Jiaotong University Mechanical Engineering, Chengdu 610031, China
个受典个个个个十个段个,个小个个个●个水中个个个息个个→个早下パ一ト个里学ト下示示分个下象下パト?个示个早へ●个个个示个
摘要)利用球杆仪对五轴数控机床旋转轴的几何误差进行了测量及建模。在测试中,五轴数控机3
床采用两个平动轴和一个旋转轴同步运动,球杆仪采用径向、切向和轴向三种測试路径,并在此甚础上对
其进行几何误差建模。
关键词:五轴数控机床;球杆位;旋转轴;几何误差建模
I Abstract By using the ball-ar, it carries out geometric error measurement and modeling for five-axis i
CNC machine tool with rotary aes In the measurement, tuo translational axes and one rotary axis are simulta-
neously controlled, the badl-bar uses radial, tangential and axial three kinds of test paths By analyring the tra-
s jectories, it carries on the geometric error modeling
Key words: Five-axis CNC machine tool; The ball-bar; Rotary axis; Geometric error modeling
い?い-ーいーーレーレとレいーレロととい?レい-ーーーレーーーレンレいいーーゴいーいーーvー"い山ー
中图分类号:TH6文献标识码:A
将引起误差,通过进一步分析可知,该类型机床在旋转轴运动时
般坐标机床由三个平动轴和二个旋转轴构成。根据运动
生了与之相关的12项几何误差,其中,A回转台做回转运动
轴配置的不同,五坐标机床的结构类型有很多种、按轴的分布町时,产生沿x、Y、Z方向的位移误差△ェ、△y、和绕X、Y、乙轴的
以分为三类:第一类是两个旋转轴都作用于主轴上(RRTT);第二转角误差△a1、△A、△y1,如图2所示;当C轴作回转运动时,产
类是主轴与工作台各具有一个旋转运动(RrTR):第一类是两个旋生沿X、Y、Z方向的位移误差ムx、△y、△:和绕x、Y、Z轴的转
转轴都作用于工作台上(TTR)五轴数校机床相对于三轴而言有角误差△a、AB,△y,如图3所示。
更强大的生产力、适应性以及更好的性能,然而由于其旋转轴运动
时引人了较三轴而言更多的几何误差,故使其加工精度往往达不到
理想的要求,而解决的关键就是对旋转轴误差进行补偿。
△Z
五轴数控机床旋转轴误差的检定一直是国内外学者研究的
△
热点和难点,有部分学者采用激光干涉仪、旋转坐标校准仪等专
用检定装置,但价格过于昂贵,基于价格低廉的球杄仪对旋转铀
引起的几何误差进行了测量方法与建模的研究P-。
2旋转轴几何误差描述
图2A旋转轴6项儿何误差
AZ
3C旋转轴6项几何误差
图1 YMTRR结构机床的示意图
3球杆仪测量原理
以 TTTRR结构机床为研究对象, TTRR机床的结构示意
球杆仪示意图,如图4所示,球杆仪在测量时,球T固定于数控
图,如图1所示。由于受制造与装配精度影响,机床旋转轴的运动机床工作平台上,球S则安装于主轴刀具卡座上,通过轴间的联动,
来稿日期:201004-11
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付璇等:五轴数控机床转轴几何误差別量与建模
第2期
使其在各平面内运行圆轨迹。当工作台相对主轴作大圆插补运动时,
Lcos
内藏式位移计通过炳球间距离的变化而给出运动轨迹精度信号,通
P, -TCT=TYC
H
过分析球杆仪运行轨迹与标准圆之间的偏差可以进行误差分析。
H
到主轴
C轴回转时产生了转角误差,即转角误差矩阵为
1-△y.△B.0
△7(R
△B?C
缩式杆
C轴回转时产生了平移误差,即平移误差矩阵为
T
100△x
△T(M)=
(4)
工作台
∠飞
图4球杆仪示意图
球7球心的实际坐标为:
4测量方案
Pa=△T(R)?△T(M。)7(C)T=ムr(R)?△T(Mc)rxC
通过两个平动轴和一个旋转轴同步运动方式来測试,并且在
安装时始终保持刀具与工作台的两球心之间的距离不変。以C回
L4(oc-△ yc' sinac)+·△A+△x
0(△ye?"cosa-+sin)-H·△c。+△
转台为例,具体方案如下
(5)
H「ム-△B。coa+△ a.sina,)+H+△
4.1测量模式
如图5(a)(b)(c)所示,分别采用径向测量模式、切向测量模
实际坐标与理论坐标的差为:
式、轴向测量模式来进行测量,C回转台在(0-360)之间旋转,同
L? sina?△ye+H△β。+△x
时X、Y轴在XY平面内做同步运动,在整个运动中A?转台为
L?△ye'cosa-H?△a。+△yc
且保持不动。其中,L表示C回转轴到安装在工作台上的球杆仪
△B
△
球心(球T)的距离,H为C回转台到球T的距离。
XY r9
5.2A转台测量模式误差建模
设C轴线与4轴线的交点为坐标原点O,在C回转台上安
装一个球T,在机床主轴上安装球S。设点0到球T球心的水平
距离为L,球T球心到A回转台轴线的距离为H,则A轴旋转a
(a)轴C径向测试
(b)轴C切向测试
(C轴向测试、的变换矩阵为:T人O。0
0sa -sina 0
图5球杆仪误差测试示意图
COSA
4.2测量模式2
在测量模式1的基础上,改变.的值,的值不变,再次利
球7球心的理想坐标为:
用球杆仪在径向、切向、轴向进行测量实验。
-Hsin&A
4.3测量模式3
P1=X(A)?T7A
(8)
H Cosa
在测量模式2的基础上,改变I的值.,L的值同测量模式2,
再次重复这一种模式测量
由于误差的存在,球T球心实际坐标为:
A回转台的测量方案同C回转台.
Pm=△T(R)?△7T(Mx)7(A)?T
(9)
5转台测量模式几何误差建模
其中,A轴回转时产生的综合误差矩阵为
5.1C转