【摘 要】
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随着制造业的不断发展与进步,尤其是航空航天领域的迅猛发展,五轴机床被广泛应用在航空发动机零部件等复杂曲面的加工制造中。五轴机床存在两个旋转轴,其误差元素较多且相互影响。为了提高五轴机床的加工精度,针对五轴数控机床进行几何误差建模,研究了机床旋转轴的几何误差测量与辨识方法以及误差补偿技术,具体的研究内容如下:（1）对五轴机床的几何误差进行研究,基于螺旋理论建立五轴机床的几何误差模型,在建模过程中引入
【基金项目】
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国家自然基金重点项目“叶片复杂曲面集成制造新原理与新工艺实现”（项目编号:51135006）
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随着制造业的不断发展与进步,尤其是航空航天领域的迅猛发展,五轴机床被广泛应用在航空发动机零部件等复杂曲面的加工制造中。五轴机床存在两个旋转轴,其误差元素较多且相互影响。为了提高五轴机床的加工精度,针对五轴数控机床进行几何误差建模,研究了机床旋转轴的几何误差测量与辨识方法以及误差补偿技术,具体的研究内容如下:（1）对五轴机床的几何误差进行研究,基于螺旋理论建立五轴机床的几何误差模型,在建模过程中引入误差旋量对机床各项几何误差进行建模。基于螺旋理论得到的机床几何误差模型与基于多体系统理论得到的结果一致,且在建模过程中不需要建立局部坐标系,刀具以及工件仅需要参考机床坐标系即可。（2）采用了基于球杆仪的BC旋转轴径向、切向、轴向的误差测量模式。建立了该模式下的误差数学模型,通过辨识得到了两旋转轴的8项位置无关几何误差（PIGEs）以及12项位置有关几何误差（PDGEs）的解析解。可以同时得到两旋转轴的全部几何误差,为后续的误差补偿奠定了基础。结合之前建立的机床误差模型,仿真分析了8项PIGEs对于球杆仪测量轨迹的影响。（3）基于微分变换理论研究了运动轴的位移量对刀具空间变化的影响,建立了两者之间的关系式。建立了几何误差补偿模型,通过最小二乘法求得各运动轴补偿后的运动量。通过与先补偿方向矢量,后补偿位置矢量法的对比,证明所提出的补偿方法可以高效地进行补偿。（4）以Mikron MILL E 500U五轴机床为研究对象,借助球杆仪对BC旋转轴进行径向、切向、轴向的测量实验,并通过几何误差辨识得到了机床BC旋转轴的8项PIGEs以及12项PDGEs。经过误差补偿后,位置误差和角度误差均得到大幅的降低,充分说明了建立的几何误差模型、提出的测量模式以及对应的误差补偿方法的准确性和有效性。
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