转台精度球杆仪检测的机构模型参数优化

作     者：王志云 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王德伦;王智;刘冲

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：机床转台 球杆仪 机构模型 测量范围 误差辨识 

摘      要：五轴数控机床由于转台两个旋转轴的存在可以实现刀具和工件在空间的任意姿态,常用于加工复杂曲面工件,但两个旋转轴的联动运动精度对加工工件的精度会产生影响,因此研究一种可以覆盖两个旋转轴工作范围的精度检测方法具有重要意义。本文以机构学理论研究机床转台两旋转轴联动运动精度的球杆仪检测方法,建立了球杆仪检测机床转台运动精度的空间机构模型,构建了基于机构模型的球杆仪测量范围优化方法,进行了机床运动精度球杆仪测量的实验验证,主要内容如下。建立了球杆仪测量机床转台两旋转轴联动运动精度测试的空间RRSPS机构模型,包括球杆仪的SPS空间机构杆组与机床转台的两个旋转轴（R副）,机构的结构参数对应球杆仪的安装位置与机床转台两个旋转轴轴线之间的位置与方向偏差,机构的输入与输出参数分别为转台旋转轴的转动角度与球杆仪的测试数据。建立了RRSPS机构的运动综合模型,将离散球杆仪测试数据代入到运动综合模型中,进行优化求解得到球杆仪的安装位置误差、转台旋转轴轴线之间的方向和位置偏差以及转台运动副的运动误差。研究了机床转台两旋转轴联动运动精度的空间RRSPS五杆机构理论解,在没有机床几何误差与球杆仪安装误差时,球杆仪杆长为定值,空间RRSPS五杆机构退化为空间RRSS四杆机构,进行机架转化得到空间RSSR四杆机构,空间RSSR四杆机构有确定运动,机床转台两个旋转轴转动角度之间的理想运动关系即为空间四杆机构的位移关系式,该式为下文球杆仪测量范围优化模型的建立奠定基础。提出了转台运动精度球杆仪测量范围优化模型,以球杆仪测量机床转台的工作范围最大为目标函数,以RSSR机构中代表球杆仪安装位置的机构参数为优化变量、球杆仪测试过程中的空间几何干涉为约束条件,优化求解得到球杆仪最佳安装位置与球杆仪测量转台的最大工作范围,该方法为确定机床转台精度球杆仪测量范围提供了理论基础。结合本文提出的基于RRSPS机构运动综合模型的机构误差辨识方法,在实际的五轴数控机床上进行了试验验证,给出了试验原理与步骤及数据处理证明了该方法的可行性。