五轴数控机床综合误差建模分析

楚丹妮

摘要：随着现代制造业的不断发展，精密和超精密加工技术发挥着越来越重要的作用。 作为新兴高科技产业和尖端产业发展的基本设备，数控机床广泛用于生产现场。 目前，对5轴CNC机床的综合建模和测量技术的研究仍然很少。 在国家科技大学“高端数控机床和基础制造设备”项目的支持下，本文主要研究五轴数控机床的综合误差建模进行了分析，以供同行参考。

关键词：五轴数控机床;误差;建模

引言：

当前，最新的机器制造技术正在向高效率，高质量，高精度，高集成度和高??智能化发展，并且以五轴数控机床为代表的高端数控机床的发展尤其迅速。是的。经过多年的发展，中国的机床生产取得了丰硕的成果，成为领先的机床制造商之一，但在技术水平和综合实力上仍处于世界先进水平。我耽搁了目前，中国的豪华数控机床市场大部分是外国产品。如果仅依靠进口，则不仅会消耗大量外币，而且在进口高级机床时也会受到控制。随着现代制造业对精密加工的需求增加，对高精度CNC机床的需求也增加，因此提高机床产品的精度非常重要。

1.国内外数控机床误差建模与测量技术的研究现状

1. 1国外研究现状

在国外，数控机床误差建模在经过许多年的发展后，其技术与理论在不断完善，使用也比较广泛。根据对机床误差的认识不同可以分为以下几个阶段：

（1）探索探索阶段。 瑞士是最早发现和研究机床热变形现象的国家之一。 1933年，瑞士对镗床进行了测量和分析，发现机床的热变形是影响定位精度的主要因素。

（2）机制研究阶段。 在1960年代，来自不同国家的研究人员对机床错误的原因进行了大量研究，并尝试将分析和数字技术用于计算机床结构的热膨胀和变形。 1961年，DLLeete通过三角关系得出了机床的几何误差。 1970年代中期，舒尔茨克（Schultschick）使用矢量表示法为三轴坐标镗床建立了空间误差模型。 同时，日本提出了一种校正主轴热变形的方法，并通过在实际加工过程中检测特定点的温度，利用温度与热变形之间的关系来校正机床滑块的运动。

1.2国内现状

自1980年代以来，上海交通大学一直在测量，分析和研究机床的热特性，获取机床温度场图，并开始进行差异研究。 1993年，华中工业大学开发了一种在线检测和显示系统，用于检测机床主轴的温度升高和热变形。 1995年，华中工业大学提出了一种基于神经网络识别的影响机床热误差关键点的方法。

自1998年以来，上海交通大学杨建国教授的研究团队一直致力于误差建模，测量，补偿， 并做了很多关于识别的研究。 ，取得了一系列科研成果。 CNC车削中心的热模式分析和研究优化了机床的温度传感器分布，并提出了一种新的热误差鲁棒性建模方法。 研发的热纠错系统应用于数控车削中心。 热误差已从35um减小到小于10um，并且实时补偿技术的使用正逐渐应用于工厂公司。

2.五軸数控机床误差综合建模

2.1五轴数控机床运动链分析

机器结构通常由一系列运动对连接组成，以实现工具和工件的相对运动。 在理想情况下，刀尖位置应与工件加工点匹配，但由于错误，两个点不一定匹配。空间定位误差在要加工的工件和刀尖之间。在误差建模中，工具和工件都随着滑架的移动而变化，因此必须将两个坐标统一转换为固定坐标系，这通常是在机床的固定底座上获得的。由于刀具和工件可以独立移动，因此可以相对固定的参考系定义两个运动链：刀具运动链和工件运动链，（图1）为一般机床的刀具和工件之间的联结链，表达出了刀具和工件之间的联系。全面的误差建模意味着在不同的运动部件上建立坐标系，然后通过坐标变换将刀具和工件转换为机床参考坐标系，理论上理想的切入点应形成一个封闭的向量链，也就是说，两者位于同一坐标点，但实际上两者之间存在差异，这是机床的综合误差。

2.2 五轴数控机床误差综合建模

建立误差综合模型的一般步骤为：

（1）建立一系列坐标系和变换矩阵

在使用统一坐标变换导出误差运动的数学模型的过程中，创建了一系列运动工具对，以在计算机底座工具提示和要加工的工件之间产生空间误差，需要建立坐标系并执行坐标转换， 矩阵提供了运动对之间的误差的运动学描述。

（2）建立工具，工件和参考坐标系之间的关系

根据刀具运动链和工作运动链每个运动对的连接关系，分别将刀具坐标系相对于参考坐标系和工件坐标系的齐次坐标变换矩阵与理想状态参考和误差状态参考进行比较，坐标系的同构坐标变换矩阵。

（3） 建立刀具和工件之间的关系

根据机床刀尖和工件的理想切削点，理论上应该是同一点，但实际上它们之间是有区别的，这就是机床的空间定位误差。 求解方程将产生一个综合误差模型，其中包括几何误差和热误差。

结束语：

五轴数控机床在中国经济发展中发挥着重要作用。 为了满足工业制造中复杂和精密零件的加工要求，并提高机械制造效率并降低成本，五轴数控机床具有显著的优势并满足以上要求。

参考文献：

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