基于多体系统理论的数控机床综合误差建模技术

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1、研究论文基于多体系统理论的数控机床综合误差建模技术术柏衡。沈建新(南京航空航天大学机电学院，南京210016)[摘要】误差补偿是进一步提高机床精度的重要途径，真实准确的误差模型对最终的误差补偿的效果起着决定性的作用。采用基于多体系统理论的建模方法，对机床拓扑结构、机床的误差元素和坐标系之间的变换矩阵进行充分分析，建立了特定数控机床的综合误差模型，为后期实施对特定机床的实时误差补偿提供了误差计算依据。关键词：多体系统理论；低序体；变换矩阵；综合误差SynthesisErrorModelingoftheCNCMachineToolBas

2、edonMulti—BodySystemTheoryBAIHeng，SHENJianxin(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)【ABSTRACT】Errorcompensationisanimportantapproachtofurtherimprovetheaccuracyofmachinetools，therealandaccurateerror

3、modelplayadecisiveroleontheendresultoferrorcompensation．Inthispaper,Topologystructureofmachinetool，errorelementsofmachinetoolandcoordinatetransformationmatrixarefullyanalyzedusingthemodelingmethodbasedonmulti—bodysystemtheory,andsynthesiserrormodelofaspecificmachinetoo

4、lisestablished．Synthesiser-rormodelprovidetheerrorcalculationbasisforthelaterreal—timeerrorcompensationofthespecificmachinet001．Keywords：Multi·-bodysystemtheory；Low-·orderbody；Characteristicmatrixes；SynthesiserrorDOh10．16080／j．issnl671-833x．2017．1／2．117随着零部件加工质量要求的不断提高

5、，对机床加工精度提出了更高的要求。如何提高机床加工精度，已经成为国内外研究的热点，总的来说提高机床加工精度主要有两种途径：误差预防和误差补偿【l卅。其中，误差预防是通过提高机床零部件制造精度和机床伺服系统精度从而提高机床本身精度，最终获得更高的加工精度，这种方法通常会提高机床的生产制造成本。误差补偿是依据已经建立的误差模型以及现场采集的实时数据计算机床原始误差，然后人为加入反向误差抵消机床原始误差，从而提高机床加工精度，是一种既有效又经济的方法。误差补偿的实施必须依靠真实准确的误差模型，因此实施误差补偿之前必须构建相应的误差模型，目

6、前广泛采用的建模方法包括：三角几何法、神经网络法和多体系统理论法等口·5-7]。其中多体系统理论法具有通用性好、准确性高和容易实现自动化建模的特点，本文采用这种建模方法对特定机床进行综合误差建模旺’81。。基金项目：“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项(2014ZX04001071)。1数控机床总体结构本次综合误差建模的数控机床主要应用于中小型飞机机身大部件的自动装配，主要完成针对中机身的制孔任务。飞机部件通常具有尺寸大、刚性弱的特点，因此在飞机装配过程中对装配孔的位置精度以及孔的轴线与蒙皮之间的法向精度都有着严格的要求(

7、位置精度≤0．02mm，法向精度≤o．015。)。数控机床的总体结构如图1所示，该机床具有x轴、y轴、z轴和主轴进给互轴4个移动轴，4轴、曰轴和一个附加回转B．轴3个转动轴。其中4轴安装在z轴末端，B轴安装在4轴上，互轴安装在B轴上，主轴安装在互轴上。A轴和B轴能够实现刀具姿态的调整；附加回转B．轴能够使保证被加工工件的所有加工区域可达。2基于多体系统理论的建模的分析2．1机床低序体阵列在机床系统中，任意体y．的／-／阶低序体的定义为4·7。91：2017年第1／2期·航空制造技术117研究论文RESEARCHr(K)=5(1)三”

8、=三(三”1(K))(2)三o(K)=K(3)三1(0)=0(4)根据机床结构简图和低序体的定义可以得到机床系统的低序体阵列，如表1所示。转台工件刀具主轴主轴进给滑台图1数控机床结构简图Fig．1StructureofCNCmachi