并联机床精度分析和结构参数标定方法的研究

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相对于传统的串联多坐标数控机床,以Stewart机构为原型建造的并联机床在许多方面有特殊之处,如驱动轴的控制方式、加工刀位文件的后处理、精度分析的方法以及标定的方法等。本文研究的主要目的是为了提高并联机床的运动精度。  在建立并联机床位姿误差模型后,运用误差矢量图的方法,构造出误差传递矩阵,利用误差传递矩阵,对平台半径误差、驱动杆长误差映射到机床末端误差的大小分布进行了分析。对并联机床结构误差向末端传递的大小进行了研究,得出机床末端误差的界限。利用并联机床综合误差放大指标,分析研究了并联机床结构参数对结构误差向机床末端映射的影响,以选择合理的机床结构参数,尽量减小结构误差向末端误差传递的大小。  研究了并联机床非线性运动误差的最大值与插补步长之间的关系,采用曲率的分析方法,建立了非线性运动误差的最大值与插补步长之间的表达公式,以指导UG、Pro/E等加工软件生成的刀具轨迹数据,经后置处理转化为并联机床数控系统可读的程序的过程中插补步长的选取。通过分析按位姿插补、双轨迹插补、四元数法插补三种插补算法的利弊,针对并联机床特点,提出采用双轨迹和四元数法相结合的方法作为后置处理中的插补算法,保证了加工过程中动平台运动平稳。开发了并联机床后置处理系统用于实际的叶片加工,解决了叶片加工编程困难的问题。  研究了基于约束的并联机床标定方法,解决了从误差建模、误差测量、参数的辨识、误差的补偿等一系列问题。在系统建模中,提出使用单位虚速度方法建立与测量方式相关的误差传递矩阵,这样当采用不同的测量方式时就可以建立相应的误差传递矩阵。为了标定并联机床平动误差和姿态误差,建立平动精度标定的距离误差模型和姿态精度标定的三平面约束误差模型。对参数的辨识,为克服因优化带来的工作空间内局部定位精度低的问题,提出采用二次优化的方法。为实现机床自动采点,提出了哑铃形双球杆标定检具,并对采点路径和方法进行了规划,提高了标定的效率。  研究了对并联机床标定有影响的机床驱动杆回零方式及驱动杆回零时长度测量的问题,提出了一种驱动杆长度的测量方法。提出了标定所需数据的采集方法。开发出专用的并联机床标定软件,实现了并联机床标定数据采集自动化和数据的处理与机床结构参数修正一体化,并应用于实际的工业生产。  
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