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在1994年美国芝加哥国际机床博览会(IMTS’94)上,美国Giddings & Lewis公司展出了第一台Variax并联机床,成功地将原来用于机器人行业的并联机构用于机床设计,制造出真正意义上的并联机床。并联机床与传统机床相比优点在于:整体系统刚度较大;运动部件质量小,适于高速加工;组成部件少,结构简单;并联机床主轴的空间位姿灵活,适合表面形状复杂的零件加工。但是并联机床的开发与应用仍未达到现有高精度传统机床的水平,主要因为:其工作空间较小,并存在奇异位形,加工精度达不到高精度传统机床水平,精度设计和动力学分析方面研究较少,关键零件批量生产质量不稳定。影响并联机床应用的主要问题是机床加工精度不高。本文对提高并联机床运动精度的静态误差补偿方法进行了研究。
研究静态误差补偿要先建立机床数学模型及建立误差建模。本文以丰田工机的HexaM并联机床为原型,首先对并联机床进行了运动学分析。通过对并联机床结构和自身制造误差源的分析,得出了逆解析公式。并联机床的正解析是并联机床运动学解析的难点,本文使用最优化搜索的数学方法求解了HexaM并联机床的正解问题,完成了对HexaM并联机床的运动学分析。并根据并联机床的逆解析公式建立了并联机床的误差模型。
并联机床静态误差补偿的关键在于并联机床误差的辨识,本文研究了常用的并联机床运动误差测定和辨识的方法,提出了一种使用球杆仪测量并联机床运动误差数据来求解并联机床误差的方法:首先球杆仪测量并联机床工作空间内大量位置的运动误差,然后使用最优化方法,通过构建合理的目标函数,求解并联机床误差。并编写了并联机床误差求解程序。
本文分析了并联机床的运动过程,结合正逆解析方法,编写了机床运动仿真程序,并提出了有补偿时并联机床运动仿真的方法。根据补偿仿真方法,对并联机床误差求解及机床误差补偿方法进行了仿真验证,通过四个仿真实例的计算,证明本文提出的并联机床误差补偿方法是有效的。