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基于球桿儀位姿的加工中心回轉臺幾何誤差辨識研究

伯特利數控 加工中心 鉆攻中心

前言：

五軸CNC加工中心相較于傳統的三軸加工中心優勢明顯、應用廣泛，但其結構復雜程度的增加也給加工精度的提高帶來一定的困難，這主要在于增加的2個旋轉軸的各項誤差不僅直接影響刀具位置姿態，

而且使得誤差補償更為復雜^[1]。目前，對傳統三軸加工中心的誤差檢測研究已經較為成熟，但是五軸CNC加工中心旋轉軸的誤差測量尚無統一標準，是國內外學者們研究的重點。

Yang S H等^[2]利用球桿儀配合半球形螺旋軌跡檢測，通過分析空間矢量幾何關系辨識、分離出加工中心旋轉軸幾何誤差。Zargarbashi S和Mayer J等^[3]基于加工中心運動誤差的敏感方向，使用球桿儀設計了 5種測量模式，推導出誤差模型來辨識擺動軸的5項運動誤差，但未測量出轉角定位誤差。Zhu等^[4]利用球桿儀徑向、切向及軸向3種測量模式測量出旋轉軸6項幾何誤差，并在PM20型龍門式雙刀擺五軸CNC加工中心上驗證了該方法的可行性。北京航空航天大學的劉飛^[5]通過分析回轉軸旋轉時幾何誤差對測量儀器的影響，可辨識出旋轉軸運動中5個自由度方向上的幾何誤差，剩余一項軸向旋轉角誤差由激光干涉儀旋轉軸測量組件測得。浙江大學的何振亞等™采用球桿儀的切線測量路徑，通過分解出移動軸圓弧運動時產生的誤差對切線方向的影響分量，再用此分量修正切線測量結果，來辨識轉角定位誤差，但是該法不能求出旋轉軸其余五項幾何誤差。

在使用球桿儀測量旋轉軸幾何誤差的過程中，往往由于移動軸的聯動，使得辨識的誤差結果中耦合了移動軸幾何誤差，為了精確辨識出旋轉軸誤差，提出一種基于球桿儀實際位姿的旋轉軸誤差辨識方法。以QLM27100-5X型五軸龍門加工中心的回轉臺為測量對象，采用球桿儀X向,Y向和Z向組合的測量方法，再基于多體運動學理論建立球桿儀兩端球心的實際位置坐標，并依此推導出包括移動軸誤差在內的回轉臺誤差辨識公式，以辨識回轉臺的6項幾何誤差。

1加工中心回轉臺幾何誤差辨識方法

1.1回轉臺幾何誤差參數

由于裝配誤差、形狀誤差、溫度、力變形、摩擦和潤滑等因素的影響，加工中心旋轉軸在運動過程中會偏離理想路線而產生位置偏差，分別為沿x,y，z向的3項位移誤差以及繞向的3項轉角誤差。

以QLM27100-5X型五軸聯動龍門加工中心為實驗對象，該加工中心為刀具擺動與工作合旋轉型結構（即CFXYZA型），其結構如圖1所示。

加工中心回轉臺（又稱為C軸）旋轉時，產生6項幾何誤差，回轉臺幾何誤差如圖2所示。圖2中，汐，0分別表示位移誤差及轉角誤差，其中下標表示運動軸，上標表示誤差的方向，例如坭表示C鈾的沿y方向的位移誤差。

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結束語：

提出了_種基于球桿儀實際位姿的旋轉軸誤差辨識方法，并以CFXYZA型CNC加工中心的回轉臺為對象，使用球桿儀X向,Y向及Z向3種測量模式，通過改變中心座的安裝位置和高度，共進行6次測量，并由齊次坐標變換推導出回轉臺幾何誤差參數與桿長變化量的關系式，共辨識出6項幾何誤差。辨識結果可知，回轉臺位移誤差精度在8. 5 內，轉角誤差精度在0. 004 rad內，表明該方法不僅切實可行，且具有較高的辨識精度。此外，該方法對同類型加工中心回轉臺的幾何誤差測量、辨識均具有參考意義和應用價值。但由于X軸結構限制，如何提

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分類：加工中心

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