基于14条位移线测量法的数控机床误差参数辨识技术.pdf

基于14条位移线测量法的数控机床 误差参数辨识技术 范晋伟 田越宋国荣黄旭东康存锋 (北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京。100022) 擅蔓以多体系统误差运动分析理论为基础，建立了准确的数控机床误差源参数辨识模型，并针对三坐标数 控机床，提出14条位移线综合测量方法及机床误差源参数的直接求解方程，解决了传统方法中误差参数难以直 接求解以及存在的误差传递性河怎． 关■词多体系统，数控机床，误差补偿 分类号TPl6S 0引言 误差补偿技术由于具有最佳的性能价格比而成为现代精密加工中的重要支柱技术之一．然而，数控 机床空间误差补偿技术的核心内容——数控机床误差源参数辨识技术，却存在着测量自动化水平低以及 没有直接求解方法等问题，从而严重制约着数控机床空间误差补偿技术发展．由于误差源参数辨识技术在 数控机床空间误差补偿的研究中占有重要的地位，国内外学者均投入了大量的精力对该技术进行研究，并 先后提出单项几何误差直接测量和综合误差测量参数辨识2类方法．单项几何误差直接测量法需对机床 的各项误差逐个进行检测，往往需要使用很多种类的测量仪器，测量效率低，难于实现自动测量，因而不能 满足现代生产的实际需要．综合误差测量参数辨识法是以机床运动学模型为基础，通过实测位移与含有 误差项的理论计算模型相比较，从而求得其中待定的未知误差参数值．该类方法具有测量速度快、稳定可 靠、操作方便和数据可自动处理等特点，因而被广泛使用．目前常见的综合误差测量参数辨识法有：o光 栅阵列法…；②DBB测量法”1；④一维球列法”1；固22线测量法”’．其中22线测量法是近年来从三坐标测 量机检测技术中移植到数控机床领域的一种新方法，虽具有测量简便，自动化程度高等特点，但却存在着 建模过程复杂、对测量条件要求高、没有直接解法、表达困难、以及误差传递性等问题． 本文通过运用多体系统运动学理论，采用程式化的建模步骤，推导出三坐标数控机床误差参数广义辨 识模型，并提出简洁的14条位移线综合误差测量参数辨识方法．本文提出的方法和模型适用性强，易于 实现计算机自动编程，较好地解决了传统方法中存在的同题． 1误差参数广义辨识模型 现有的误差参数辨识模型的表达方法极其复杂，建模过程依赖于人对空间几何误差的分析作用，难以避 免人为的分析错误．为此本文采用多体系统误差分析理论女解凑叛控机床误差参数辨识模型的建模问题． 根据计及误莓情况下的多体系统几何描述方法及其运动擎模型的建立方法…，可以推导出多体系统 中任意物体k土的任意给定点^相对于大地参考坐标系的垃移方程 收藕日期：1999_06．29 “。 基金孺目：北京市自然科学基金赍助项目(3992∞3) 万方数据 一!L一 !!室三些查兰堂塑 !!塑! {，t}z一{，t}．={D(气}：+【sDK]：{0}：一{oq}，一[sDK】，{‘)，= 乞[5Ds】：{{g：}+{g：}：+[豁}”】[s}勺”]：{f sj)：+{J：}：))+[＆pK】：{{r：)+fr；}，}一 卫 多体系统中任意两物体K和肘上的绐定点A和p，在大地参考坐标系中的相对位移方程为 {pt}：一{pt}。一{{，。}：一{p，)。}={oq，：+【sDK】：{～}2一{o·0i}，一 [∞K】．{‘}。一{{Do卅)：+[∞村】：{～}：)+{{DDk)，+[删】。{r啪}．}(2) 上述多体系统绝对位移方程(1)和相对位移方程(2)，分别给出了在计及误差的情况下，求取数控机床 任意运动部件上任意给定点的绝对位移，以及任意两运动部件上的两给定点的相对位移的通用数学表达 模型，它可直接用于建立与实际测量轨迹相吻合的各种数控机床运动部件误差辨识方程组，比较理想地解 决了烦琐的误差参数辨识模型的建模过程给人们造成的困扰． 2三坐标数控机床几何误差参数的确定 数控机床在实现金属切削运动的过程中，会受到诸多的误差因素影响，要准确计算数控机床各运动部 件的运动轨迹，直至通过误差补偿的手段提高数控机床的加工精度，必须合理确定数控机床存在的各主要 误差参数，并建立一套准确的数控机床误差参数的辨识方 法，这