文献综述-消除数控机床机械手误差的处理方法.docVIP

附录A 消除数控机床机械手误差的处理方法 摘 要：在制造期间，工件加工特征的几何学准确性，主要受多轴 CNC 机器的运动链误差、夹具的定位精度和工件上的材料误差影响。找出一个将工件上的特征误差减到最少的方法是必需的。在本文中, 运动链误差转换为工件的位移。运动链误差与工件定位定向的位移之间的关系被建立。工件位移和材料误差及基准面夹具调整之间的映射模型被建立。 为常见的特征和相应的定位方向建立的适当的几组单位基础一扭被分析，加工特征的消除方法被用公式明确的叙述。为证实EE方法，本文还给出了一个案例研究。 关键词：消除误差 ； 多轴机床 ； 机械手 ； 运动链系 ； 一扭 1 简介 在加工过程中,加工工件的机器制造特征，即几何学准确性，主要取决于数控机床机械手误差、夹具定位的精确度以及工件的材料误差。通常,以上误差中的任何一项都无法完全消除。 本文的目的是消除所有误差对于工件几何精确性的综合后果性影响，而这也是控制产品质量的关键。 在过去一些年中, 大多数的研究把重心集中在夹具设计和机床误差模型上[1 ― 15]. 人们讨论研究了夹具配置的运动学模型、分析和特性[1,2,10―14]。熊蔡华等人[10,15] 研究了抓持和夹具的内部的力量分配和负荷能力。 Marin和 Ferreira[3] 讨论了定位器几何学的决定论错误对于工作部件的几何公差柔顺的影响。Raghu 和 Melkote[4] 发展了一个工件定位误差模型，该误差由于夹具几何误差和在夹紧过程中导致的夹具工件柔顺而产生。夹具精确定位工件的能力事实上和定位器的配置及每个定位器的精确定位有关[11]。在加工中，另一个影响产品质量的重要因素是机床误差。多轴 CNC 机器的运动链误差起因于准静力几何误差、热感应误差以及动态误差。Lee 和 Yang[5] 研究了CNC机床的热误差模型。Altintas和Weck[6] 总结了金属切磨操作动力学知识研究的现状并指出目前在动力切磨研究中仍有悬而未决的挑战。对于攻丝、齿轮成型、拉削及并行加工中产生的颤振的解决处理还有待发展，以帮助工业实际应用。Tutunea-Fatan 和Feng[7] 提出了多轴 CNC 机器误差的一个重要组成，即计算机辅助制造业软件。它被称为以几何学为基础的误差。他们还发展了一种方法来评定五轴平面加工中以几何学为基础的误差。有报道说，准静力几何误差事实上占所有由机床引起的误差的70％[8]。 应该注意的是，我们不能因为仅仅控制某一种误差而忽视了定位误差、材料误差以及机床误差所导致的综合的后果误差。 举例来说,当机床存在较大的误差时，定位误差的最小化也不能够获得高的加工质量。相反的，如果我们能精确地调整定位器的长度，以使定位误差始终和机床误差保持一致，那我们就能通过使用同一机床来获得高质量加工特征。王和黄 [9] 讨论了在加工过程中使用相等夹具误差，以避免误差的话题。然而, 他们没有给出避免误差的模型。 广为人知的是，我们不能够消除运动学的链误差, 夹具定位误差,及工件的材料误差。 然而, 我们必须找一个方法将工件的某一特征的误差减到最少。本文的目的是为探究多轴 CNC 机器加工的工件特征的EE方法学。据我们了解, 还没有关于EE项目在多轴 CNC 机器中被实施的研究。在本节介绍之后,我们将在第 2 节中用公式表述EE的问题。EE的模型将在第 3 节中获取。加工工件的特征的误差消除方法在第4节阐述。第 5 节通过一个个案研究来查证被提议的EE方法。结论在第 6 节中. 2 问题表述 如图所示为一多轴CNC加工系统。选择固定在工件上的工件框架{W}和加工在工件上的特征的参考框架{F}。{B}和{T} 是多轴 CNC 加工系统的基础框架，固定的切削刀具框架和它相关；{Li} 是 第i个定位器框架，它和夹具相关。 图 1 多轴 CNC 加工系统 运动链误差始终存在于多轴 CNC 机器/机械手中,这造成切削刀具期望位置切削刀具期望位置切削刀具欧几里德李代数特殊正交群李代数 (2) 其中，奇次变换矩阵 代表待操控特征的位置和方向，它相关于基础框架{B}。在等式 (3) 中， 代表待操控特征的位置和方向，它相关于工件框架{W}。 代表工件的实际位置和方向，它相关于基础框架{B}。 在等式 (4) 中，矩阵期望位置{B}。 是一扭的坐标，其中， 是工件的位置误差，是方向误差。 根据等式（1）到（4），我们推出等式 (5)。 等式（5）两边依次以矩阵和与之相乘，我们进一步得到等式