混联机床并联机构几何参数辨识研究及内球面加工试验

论文摘要

混联机床是近年来发展起来的一种新型机床,该类机床采用了串并联复合机构,不仅继承了并联机床高刚度、高精度和高进给速度等优点,还具备了串联机床大移动行程和大旋转运动角的特点。混联机床的出现是机床产业的一次重大革命,代表了新一代机床的发展方向,但加工精度仍是制约混联机床商品化和在工业生产中推广应用的重要因素,如何提高混联机床的加工精度已经成了其能否投入工业运行的关键。运动学标定是提高混联机床几何精度的一种高效、低成本的方法。本文结合6PM2六轴混联数控镗铣床,分析了混联机床并联机构的几何误差来源;建立了空间坐标系,采用坐标变换的方法对动平台的位姿进行了描述;应用逆解模型构造动平台的位姿误差与结构几何误差之间的关系,建立了几何参数辨识模型;以并联杆初始杆长参数的标定为例,测量动平台的位姿信息,将结构参数作为未知数对辨识方程进行求解,得到了并联杆初始杆长的真实值。最后,对并联机构的控制模型参数进行修正,初步完成了混联机床的运动学标定。以内球面加工为例,验证了混联机床运动学标定的有效性。分析内球面的生成原理,采用圆柱铣刀插补内球面截面圆弧与工件绕其自身轴线旋转的运动配合方法进行加工。论述了内球面加工时铣刀与已加工表面发生干涉的可能性,推导了主轴倾角的最小值公式。应用数据采样法内接弦线圆弧插补的方法对内球面截面圆弧进行粗插补运算,精插补则由多轴运动控制器PMAC自身的插补运动模式来实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 并联机床和混联机床
• 1.1.1 并联机床的发展
• 1.1.2 并联机床的优缺点
• 1.1.3 混联机床的发展
• 1.2 混联机床的误差和误差建模
• 1.2.1 混联机床的误差分析
• 1.2.2 混联机床的运动学标定和误差建模
• 1.3 并联机构的运动测量方法
• 1.4 本课题的研究目的、意义和研究内容
• 1.4.1 课题的意义和目的
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 2 混联机床并联机构几何参数误差及几何参数辨识模型的建立
• 2.1 6PM2混联机床工作原理和结构简图
• 2.2 并联机构空间坐标系的建立及误差源分析
• 2.2.1 空间坐标系的建立方法
• 2.2.2 并联机构几何误差源分析
• 2.3 几何参数误差建模
• 2.3.1 任意时刻动平台的位姿描述
• i和a_i在固定参考系中的坐标描述'>2.3.2 A_i和a_i在固定参考系中的坐标描述
• 2.3.3 辨识方程的建立
• 2.4 本章小结
• 3 混联机床并联机构运动误差测量
• 3.1 Renishaw激光干涉仪简介
• 3.2 Renishaw激光干涉仪的测量原理
• 3.3 并联机构的运动误差测量
• 3.4 数据预处理计算
• 3.5 本章小结
• 4 并联机构并联杆初始杆长参数的辨识研究
• 4.1 MAPLE软件简介
• 4.2 初始杆长参数的辨识计算
• 4.3 并联机构控制模型参数的修正
• 4.4 本章小结
• 5 混联机床内球面加工方法研究
• 5.1 加工时主轴倾角的确定
• 5.2 内球面截面圆弧的插补方法
• 5.3 可编程多轴运动控制器PMAC程序语言
• 5.3.1 PMAC的插补运动模式和程序元素
• 5.3.2 PMAC运动程序语法
• 5.4 内球面加工程序编写
• 5.5 内球面加工结果
• 5.6 本章小结
• 6 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文