多轴机床运动学建模原理探究与运用
工业机器人运动学建模
工业机器人运动学建模随着科技的不断发展，工业机器人已经成为了工业制造业中不可或缺的一部分。
工业机器人是一种用于执行重复工作，处理危险或者需要高精度的工业任务的机器设备。
它们通常被用于生产、装配、材料输送、品质检查和测试等。
由于工业机器人具有高效性、精准度、可靠性等优点，因此它们已被广泛应用。
为了正确指导和控制工业机器人的运动，必须先对它们的运动学建模进行深入的研究。
运动学建模是描述机器人运动的数学模型，它是工业机器人系统工程的基础。
本文将介绍工业机器人运动学建模，以及相关的数学模型和计算方法。
1. 工业机器人运动学模型工业机器人可以分为多个自由度，每个自由度可以描述机器人位姿中的一种运动。
位姿是描述物体在三维空间中的位置和方向的量。
通常的自由度分类有以下三种：旋转自由度：机器人可以绕着某个轴旋转。
平移自由度：机器人可以沿着某个轴平移。
绕某点移动：机器人可以绕着某个点旋转和平移。
尽管存在不同类型的工业机器人，但绝大部分机器人的运动学模型都可以简化为一个连续的链式体系结构，每个关节提供一定的自由度。
根据这个链式体系结构，可以建立机器人的运动学模型。
工业机器人的运动学模型描述了机器人末端执行器的位置和方向。
末端执行器是机器人的工具，可以被看作是机器人控制的重点。
通过运动学模型，可以计算末端执行器在三维空间中的位置坐标和姿态（即机器人的位姿），以及机器人个关节的角度。
这样，就可以为机器人的控制提供重要的基础。
在运动学模型中，角度和位移量通常用关节角度变量表示。
2. 度量单位为了描述机器人的运动学模型，需要使用一些特殊的度量单位。
在这里，我们将介绍一些描述机器人位姿和运动学模型的常用单位。
角度（Angle）：以度（°）和弧度（rad）作为两个常用的角度单位。
机器人操作通常使用弧度来度量角度。
距离（distance）：通常以米（m）为测量单位。
其他可能使用的度量单位有：毫米（mm）、微米（um）和纳米（nm）等等。
浅谈多轴加工在实践中的应用
浅谈多轴加工在实践中的应用摘要：多轴机床的先进制造技术已被广泛地运用于实际生产中。
五轴加工特别适用于形状复杂的冲模。
五轴加工中心在加工较深、较陡的型腔时，可以利用工作台或主轴头的附加转动及摇摆，以达到最佳加工状态，避免刀具、刀杆与工件的模腔碰撞，减少加工时的摇晃及刀具的损伤，从而达到改善加工效果、延长刀具寿命的目的。
本文介绍多轴机床加工应用的特点和难点。
关键字：多轴加工技术；五轴机床；应用；1.引言在工业生产中，零件的加工历史源远流长。
随着数十年的发展，对产品的精度要求不断提高，产品的制造周期不断缩短。
从最初的手工铣床到 CNC铣床，再到加工中心；再到五轴加工中心的引进，使我们的加工方式更加的多样化。
而国内的许多企业，在处理多面体的时候，都是采用传统的多层装夹，这种方法导致了产品的制造周期太长，有些部件的精确度不能完全掌握，如果不能解决这个问题，就会被市场所淘汰。
同时，为适应我国机械工业的发展与变革，各大机床厂商纷纷推出各种五轴机床。
2.多轴机床加工的优点多轴加工是指在CNC系统的作用下，多轴加工4-5个轴的插补，也就是4-5个轴的联动加工。
（1）能够加工连续光滑的连续自由曲面，这是普通三轴数控机床无法加工的，也是一次装夹难以实现的。
例如航空发动机的桨叶、船舶的螺旋桨、各种形状复杂的外壳、模具等。
如果使用一般的三轴CNC机来加工这些零件，在加工时，其刀具与工件的位置角度不会发生变化，而在加工一些复杂的自由表面时，会产生干扰或不加工。
而使用多轴联动的机床，可以通过在加工中随时调节刀具/工件的位置角度来实现。
（2）能够改善加工精度，质量，效率。
例如，三轴机床一般采用球头铣刀，球头铣刀采用点接触加工，切削效率低，且刀具/工件的角度不能调节，难以确保球头在刀片上的切削点，有时会出现切割点在刀尖a，此时不但切割效率非常低下，加工表面质量也会受到很大的影响，经常要人工修复，从而也会失去准确性。
如果使用多轴机床，可以在任何时候调整刀具/工件的位置角度，这样不但可以避免这一问题，还可以经常保持并充分利用刀具的最佳切割位置，或采用线接触成形的螺旋铣刀代替点接触成形的球头铣，并进一步优化刀具/工件的位置角，从而提高切削速度和加工表面质量。
多轴实例教程
多轴实例教程1. 引言多轴是指一个机械系统中有多个独立操作的轴。
在机械加工、机器人控制等领域，多轴系统被广泛应用。
本教程将介绍如何使用Markdown文本格式编写多轴实例教程，帮助读者更好地了解多轴系统的使用和操作。
2. 多轴系统概述多轴系统由多个独立的轴组成，每个轴都有自己的运动控制器和驱动器。
这些轴可以同时或者独立地进行运动，从而实现复杂的操作和控制。
多轴系统广泛应用于机械加工、自动化生产线等领域，提高了生产效率和精度。
3. 多轴系统的组成一个典型的多轴系统包括以下几个主要组成部分：•控制器：用于指导和管理多个轴的运动，控制器通常由计算机或者嵌入式系统实现；•轴：用于实现物体在空间中的运动，每个轴都有自己的运动控制器和驱动器；•传感器：用于监测轴的位置、速度等状态信息，提供给控制器进行反馈控制；•驱动器：用于驱动轴的运动，通常由电机和电子器件组成。
4. 多轴系统的使用示例为了更好地理解多轴系统的使用方法，我们将以一个简单的机械加工示例来说明。
假设我们有一个多轴机床，其中包括X轴、Y轴和Z轴，分别用于实现物体在X、Y、Z方向的运动。
我们需要将一个零件在加工过程中依次在X、Y、Z轴上移动，以完成特定的加工任务。
以下是使用Markdown文本格式编写的多轴实例教程：步骤1：启动多轴系统首先，我们需要启动多轴系统。
通过控制器中的开关或者指令，我们可以同时启动X、Y、Z轴的运动。
```markdown # 启动多轴系统我们可以通过以下指令来启动多轴系统：start_axes X Y Z这将同时启动X、Y、Z轴的运动。
注意，在启动之前，我们需要确保每个轴的运动控制器和驱动器已经正确连接和配置。
```步骤2：配置轴参数在启动多轴系统之后，我们需要配置每个轴的运动参数。
这些参数包括速度、加速度、减速度等，根据具体的应用需求进行配置。
```markdown # 配置轴参数我们可以通过以下指令来配置轴参数：set_axis_params X speed=100 acceleration=10 de celeration=10set_axis_params Y speed=200 acceleration=20 decel eration=20set_axis_params Z speed=300 acceleration=30 decel eration=30这将分别配置X、Y、Z轴的速度、加速度和减速度。
机械系统的运动学建模与仿真分析
机械系统的运动学建模与仿真分析引言：机械系统是现代工程中常见的一个组成部分。
它是由多个相互连接的零件组成的，可以根据一定的规则产生运动。
了解机械系统的运动学行为非常重要，因为它可以帮助我们优化设计，提高系统的性能。
本文将以机械系统的运动学建模与仿真分析为主题，探讨机械系统的运动学行为以及如何使用仿真工具对其进行分析。
一、机械系统的运动学建模机械系统的运动学建模是指将机械系统的几何形状、物理参数和约束条件等信息转化为数学模型的过程。
在进行运动学建模时，通常会使用欧拉角、刚体运动、矩阵变换等方法来描述机械系统的位置、姿态和运动方式。
这些数学模型可以帮助我们预测机械系统的运动轨迹，并进行后续的仿真分析。
1.1 欧拉角的应用欧拉角是一种常用的描述刚体旋转的方法。
它将刚体的旋转分解为绕三个互相垂直的轴的旋转。
在机械系统中，我们通常会使用欧拉角来描述机械零件的姿态变化，以及零件之间的相对运动。
通过欧拉角的应用，我们可以方便地描述机械系统的多自由度运动。
1.2 刚体运动的描述刚体运动是机械系统中常见的一种运动形式。
在刚体运动的描述中，通常会使用平移和旋转等运动来表示刚体的位置和姿态变化。
通过对转动关节和滑动关节等机械连接的建模，我们可以得到机械系统中各个零件的相对运动方式，并进一步推导出系统的整体运动特性。
1.3 矩阵变换的应用矩阵变换是一种常用的描述坐标系变换的方法。
在机械系统的运动学建模中，我们通常会利用矩阵变换来描述机械零件之间的相对位置和姿态关系。
通过矩阵变换的应用，我们可以将机械系统的整体运动转化为各个零件的相对运动，从而更加清晰地描述机械系统的运动学行为。
二、机械系统的仿真分析机械系统的仿真分析是指使用计算机工具对机械系统的运动行为进行模拟和分析的过程。
通过仿真分析，我们可以预测机械系统的运动轨迹、动力学行为，以及系统的稳定性等关键指标。
下面将从运动分析和动力学分析两个方面介绍机械系统的仿真分析。
多轴机床实操讲义.doc
数控奥林匹克多轴加工工艺研修（无锡）班多轴机床实操讲义南京四开电子企业有限公司——数控中心内部资料多轴机床手册（节选）第一章五轴机床应用必备知识第一节五轴机床的几种结构简介1.1.1 五轴机床的分类五轴机床一般为在普通三轴机床的基础上附加了两个旋转轴。
又称为3+2轴。
按照旋转轴的类型，五轴机床可以分为三类：双转台五轴、双摆头五轴、单转台单摆头五轴。
旋转轴分为两种：使主轴方向旋转的旋转轴称为摆头，使装夹工件的工作台旋转的旋转轴称为转台。
按照旋转轴的旋转平面分类，五轴机床可分为正交五轴和非正交五轴。
两个旋转轴的旋转平面均为正交面（XY、YZ或XZ平面）的机床为正交五轴；两个旋转轴的旋转平面有一个或二个不是正交面的机床为非正交五轴。
1.1.2 SKY五轴机床的三种典型结构●双转台五轴两个旋转轴均属转台类，B轴旋转平面为YZ平面，C轴旋转平面为XY平面。
一般两个旋转轴结合为一个整体构成双转台结构，放置在工作台面上。
特点：加工过程中工作台旋转并摆动，可加工工件的尺寸受转台尺寸的限制，适合加工体积小、重量轻的工件；主轴始终为竖直方向，刚性比较好，可以进行切削量较大的加工。
图1-1-1双转台结构示意图●双摆头五轴两个旋转轴均属摆头类，B轴旋转平面为ZX平面，C轴旋转平面为XY平面。
两个旋转轴结合为一个整体构成双摆头结构。
特点：加工过程中工作台不旋转或摆动，工件固定在工作台上，加工过程中静止不动。
适合加工体积大、重量重的工件；但因主轴在加工过程中摆动，所以刚性较差，加工切削量较小。
图1-1-2双摆头结构示意图●单转台单摆头五轴旋转轴B为摆头，旋转平面为ZX平面；旋转轴C为转台，旋转平面为XY 平面。
特点：加工过程中工作台只旋转不摆动，主轴只在一个旋转平面内摆动，加工特点介于双转台和双摆头之间。
图1-1-3单摆头单转台结构示意图第二节加工坐标系与对刀操作的作用1.2.1 加工坐标系的作用使用数控机床来加工，编程时必须在所加工的实体或曲面模型上选择一个基准点。
工业机器人运动学建模与仿真研究
工业机器人运动学建模与仿真研究随着现代制造业的飞速发展，工业机器人已成为自动化生产过程中不可或缺的一部分。
为了提高生产效率，优化机器人性能，需要对工业机器人的运动学进行深入的研究。
本文将探讨工业机器人运动学建模与仿真的研究现状、方法、结果及未来展望。
工业机器人的运动学研究主要集中在对其结构、运动规律及操作物体的几何关系等方面。
通过对工业机器人运动学的研究，我们可以对机器人的末端执行器在空间中的位置和姿态进行精确控制。
运动学建模与仿真研究还对机器人性能的提升、运动优化以及避免碰撞等方面具有重要意义。
目前，工业机器人的运动学建模方法大致可分为两类：基于几何的方法和基于物理的方法。
基于几何的方法主要依据机器人各关节的几何关系进行建模，如DH参数模型、运动学逆解等。
这类方法计算简单，易于实现，但往往忽略了一些动力学因素的影响，导致精度较低。
基于物理的方法则更多地考虑了机器人运动过程中的动力学特性，如牛顿-欧拉方程、杰格方程等，能够更精确地描述机器人的运动过程，但计算复杂度较高。
本研究采用基于几何的运动学建模方法和仿真实验相结合的方式进行。
根据DH参数模型对工业机器人进行运动学建模，得到机器人的运动学方程。
然后，通过仿真实验对运动学模型进行验证和优化，进一步调整模型参数以提高精度。
利用遗传算法对模型参数进行优化，实现更高效、精确的机器人控制。
通过对比仿真实验结果与实际机器人运动情况，我们发现运动学建模具有较高的准确性，能够较精确地描述机器人的运动学特性。
同时，仿真实验结果也验证了所提方法的可行性和有效性。
通过遗传算法对模型参数进行优化，我们成功地提高了机器人的运动精度和稳定性。
我们还讨论了所提方法的可靠性和创新性。
本研究所采用的方法在保证精度的同时，简化了计算过程，提高了运算效率。
同时，该方法还具有较强的通用性，可适用于不同型号、类型的工业机器人。
因此，本研究的可靠性和创新性得到了充分验证。
本文对工业机器人运动学建模与仿真进行了深入研究，取得了一些重要的研究成果。
多轴加工技术及应用1
多轴加工技术应用1、产品质量的提高对产品性能要求提高，例如车灯模具：汽车大灯模具的精加工：用双转台五轴联动机床加工，由于大灯模具的特殊光学效果要求，用于反光的众多小曲面对加工的精度和光洁度都有非常高的指标要求，特别是光洁度，几乎要求达到镜面效果。
采用高速切削工艺装备及五轴联动机床用球铣刀切削出镜面的效果，就变得很容易，而过去的较为落后的加工工艺手段就几乎不可能实现。
2、机床模具相互促进技术进步采用五轴联动机床加工模具可以很快的完成模具加工，交货快，更好的保证模具的加工质量，使模具加工变得更加容易，并且使模具修改变得容易。
在传统的模具加工中，一般用立式加工中心来完成工件的铣削加工。
随着模具制造技术的不断发展，立式加工中心本身的一些弱点表现得越来越明显。
现代模具加工普遍使用球头铣刀来加工，球头铣刀在模具加工中带来好处非常明显，但是如果用立式加工中心的话，其底面的线速度为零，这样底面的光洁度就很差，如果使用四、五轴联动机床加工技术加工模具，可以克服上述不足。
一、多轴加工涵义：我们熟悉的数控机床有XYZ三个直线坐标轴多轴指在一台机床上至少具备第4轴三个旋转轴为A、B、C多轴加工准确地说应该是多坐标加工，它与普通的二坐标平面轮廓加工、点位加工三坐标曲面加工的本质区别是增加了旋转运动，也就是说多轴加工时刀具轴线的相对于工件不再是固定不变的，而是根据需要刀轴角度是变化的。
二、应用前景：1、零件集成度提高，产品设计及更新换代加快；零件越来越小巧，功能越来越多，产品零件越来越复杂，产品质量高（焊接，铆接减少，制造周期缩短）2、医疗器械（人工关节等）随着国民经济的迅速发展，人们知识水平及生活水平的不断提高，对生活质量要求也提高了，人工关节应用越来越广泛。
3、军事爱好军事的朋友可能知道著名的“东芝事件”：上世纪八十年代末，日本东芝公司卖给前苏联几台五轴联动的数控铣床，结果让前苏联用于制造潜艇的推进螺旋桨，上了几个档次，使美国间谍船的声纳监听不到潜艇的声音了，所以美国以东芝公司违反了战略物资禁运政策，要惩处东芝公司。
第1章 多轴加工的
1.3基于DMU50机床的3D探针设定校 正(Siemens 840D)
机床测头对数控机床的作用： • 1.能自动识别机床精度误差，自动补偿机床精度 • 2.代替人工做自动分中、寻边、测量，自动修正坐
标系，自动刀补 • 3.尺寸 测量 ：台阶高测量、尺寸测量、直径测量。 • 4.位置测量：孔间距测量、垂直度测量、位置度测
第1章 多轴加工的相关理论知识
数控多轴加工案例与仿真
• 1.1多轴加工中心机床种类介绍 • 1.2五轴机床的RPCP应用介绍
• 1.3基于DMU50机床的3D探针设定校正(Siemens 840D)
• 1.4 五轴机床精度校正3D quickset • 1.5 多轴编程的概念 • 1.6五轴编程的基础
量、角度测量等。 • 5.比对测量结果并出报告 • 6.提高生产效率
数控多轴加工案例与仿真
所以开始使用五轴机床前很有必要先设 定探针的长度与探针红宝石球头的直 径，方便后续的操作。
数控多轴加工案例与仿真
1.4 五轴机床精度校正3D quickset
• 当五轴机床在使用了一段时间后，在为了 确保五轴机床的精度，运动特征必须被准 确地测量，然后才能实现并满足五轴加工 的精度，可以用3D quickset来校正机床精度。
数控多轴加工案例与仿真
1.5 多轴编程的概念
• 首先，多轴机床指的是四轴及轴数多于四 轴的机床。一般多轴机床在具有基本的直 线轴（X、Y、Z）的基础上增加了旋转轴 （或摆动轴）。在实际加工中，旋转轴 （或摆动轴）的运动实现了刀轴变化；反 过来，在编程时刀轴的变化最终是由旋转 轴（或摆动轴）的运动来实现的。
数控多轴加工案例与仿真
1.6五轴编程的基础
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多轴机床运动学建模原理探究与运用 第1章绪论
1.1研究背景及意义 自动编程的前置处理部分按照规划的工艺生成包含工件坐标系下刀具位置和姿态等信息的刀位文件,后置处理的主要任务是代码编译和机床各轴运动量求解。机床的运动学模型是实现机床运动求解和控制的基础。同时在机床的进给速度控制、加工精度控制、机床几何误差补偿等方面都要使用机床的运动学模型。 五轴机床一般是在三个平动轴的基础上增加两个转动轴,因此与三轴机床相比,虽然五轴联动加工可以提供丰富的刀具路径规划策略,但五轴机床的运动变得复杂,机床坐标系下无法直观想象刀具相对于工件的运动。同时转动轴和平动轴有多种布置方式,所以五轴机床的结构也变得多样。因此寻求一种具有通用性、可移植性及程式化的五轴机床运动学建模方法,并能够应用到机床的设计、分析、装配、控制及制造等过程中,对五轴机床的幵发研究具有重要的现实意义及应用价值。
1.2国内外研究现状 1.2.1五轴机床运动学建模的研究 五轴机床运动学模型给出了机床各个运动轴的运动量与刀具坐标系和工件坐标系下的刀具位置和姿态表达的关系。在此基础上可以进行后置处理、进给速度控制等工作。国内外学者主要从以下角度出发来描述机床运动学建模过程和方法:机构学、机器人学、多体系统。 五轴机床也可看作一个空间机构,可以采用机构学来描述五轴机床的运动学模型。Takeuchi[3],Lee[4],She[5][6][7],彭芳瑜[8],郑躍默[9],李永桥等学者从机构学角度出发,或者针对具体结构的五轴机床,或者针对结构相似的一类五轴机床这种分类处理的方式,利用齐次坐标变换矩阵表示机床各轴运动,在此基础上建立机床的运动学模型。何耀雄等[11]采用机构学方法对机床的型和结构参数进行了分析和表达,给出了任意结构机床(串联形式)的机构模型综合表达式,结合坐标变换得到了任意结构机床的运动模型表达式。但是机床的机构模型将机床机构分为两条运动链,这就导致建模过程需要区分两条运动链的型数目。同时以上研究均假定机床机构的所有的坐标系均与机床坐标系平行,增加了表示非正交形式运动轴的几何误差等固有误差的难度。
1.2.2五轴机床后置处理及转角求解的研究 后置处理作为自动编程的一部分,是连接计算机辅助制造(CAM)系统和数控(CNC)系统的桥梁。如前所述,其主要任务是将前置刀位文件转化为数控程序,涉及代码编译和各轴运动量计算。五轴机床后置处理中还可以集成进给速度控制、非线性误差控制及精度控制等算法[19]_[21][22]。由于各类CAD/CAM软件前置刀位文件格式不统一、机床结构形式及数控系统种类繁多,因此截至目前尚未有针对任意机床的后置处理器。 国内外企业和学者针对后置处理(器)做了大量的研究和开发,已经形成较为完善的体系。国外一些大型CAD/CAM软件厂商在其CAM系统中提供了后置处理模块,用户可以通过交互式的方式针对指定类型的机床和数控系统进行设置,后置处理器根据设置来生成机床的数控程序,如UG的Post Builder, PRO/E的NCPOST及MasterCAM的pst等。还有一些CAD/CAM软件捆绑了专业后置处理软件,如Cimatron采用了ImsPost, CATIA可以釆用ImsPost或者Cnet等。除此之外还有独立的后置处理系统,如加拿大的Cam-Post,可以支持较多的机床和数控系统,用户可以通过二次幵发修改其提供的机床数据库模版以完成后置处理[23][24]f25][26]。以上这些软件可以对常见的五轴机床进行后置处理。国内针对机床的后置处理研究及开发,主要分为专用性和通用性两类。前者是指针对具体的机床和数控系统,使用高级编程语言开发满足实际需要的后置处理器[27][28][29][39]。这种方式高效灵活,可以较为便捷地实现新的算法和功能。对于通用的后置处理系统,其要求输入标准格式的刀位文件,结合机床及数控系统特性文件,输出符合要求的数控程序。华中科技大学的HUSTCADM系统[31]及南京航空航天大学的超人CAD/CAM系统[32]是典型的代表,具有了较好的通用性和可靠性,但是均未能走向商业化。
第2章基于多体系统的五轴机床运动学通用建模
2.1基于工件坐标系的五轴机床分类 从刚体运动学的角度分析,刀具作为一个刚体,相对于工件具有六个自由度。但是在加工过程中,主轴带动刀具旋转,因此刀具作为回转体,通过其旋转轴线上的一点及旋转轴线矢量即可确定刀具相对于工件的位置。又根据空间任意矢量可以通过已知矢量至多绕两个坐标轴旋转得到,因此加工任意构型的零件,理论上刀具相对于工件至少需要五个独立的自由度。因为独立的平动数目最多为三个,因此五轴机床可以有如下四种组合:(1)三个平动加两个转动;(2)两个平动加三个转动;(3)—个平动加四个转动;(4)五个转动。但是考虑到机床的结构、刚度、用途等因素,目前通用的五轴机床以三个平动加两个转动类型为主[43]。本文的研究对象即为这种类型的五轴机床。 由于机床配置各异,任意选取和定义坐标系会给编程、数控系统的控制带来不便,因此需要统一规定机床坐标轴名称及运动的正负方向,这样可使数控编程简单方便,并使所编程序对同一类型机床具有互换性。我国现行的JB3051-99《数控机床的坐标和运动方向的命名》标准给了详细的规定。从编制数控加工程序到机床上实际加工,五轴机床上主要涉及如下坐标系:
第3章基于运动学通用模型的五轴机床后置处理运动学通用方程及求解....................16 3.1五轴机床后置处理运动学通用方程....................16 3.2无限旋转C转工作台结构的五轴机床后置转角求解....................26 3.3后置转角求解方法的实现及验证....................30 3.4本章小结....................32 第4章基于运动学通用模型的五轴机床工作空间分析....................33 4.1基于工件坐标系的五轴机床工作空间描述....................33 4.2五轴机床工作空间分析流程与仿真....................33 4.3本章小结....................40 第5章基于运动学通用模型的五轴机床联动加工超程分析....................41 5.1联动加工超程现象....................41 5.2联动加工超程原因....................43 5.3联动加工超程计算与判断....................45 5.4联动加工超程的避免....................48 5.5本章小结....................49
结论
本文针对五轴机床运动学通用模型的建立及其应用展开研究,主要研究内容与成果如下: (1)建立了基于多体系统的五轴机床运动学通用模型 基于工件坐标系对三种基本类型的五轴机床进行了统一分类,推导了相对于矢量运动的齐次坐标变换矩阵。选择工件为参考体对五轴机床的结构进行了描述,并利用参数组合(rf,a, p, y, r, l,的统一确定相邻两体的齐次坐标变换矩阵,最终建立了五轴机床运动学通用模型。 (2)提出了无限旋转C转工作台结构的五轴机床改进的后置转角求解方法 根据五轴机床运动学通用模型,以3种正交结构的五轴机床为例推导了这3种机床的运动学通用方程。在此基础上,针对现有C转工作台结构的五轴机床后置处理转角求解中存在的不足,研究四类含C转工作台正交结构的五轴机床,并以C'-A'结构机床为例,给出了改进的转角计算的方法和求解流程,利用VC6.0幵发了集成新的方法的专用后置处理程序。通过对比生成的代码和进行仿真加工试验,说明了本文所提方法的可行性和有效性。 (3)分析了基于工件坐标系的机床工作空间 将机器人学中常用的工作空间应用到五轴机床中,定义和描述了基于工件坐标系的五轴机床工作空间:刀具位置和姿态的集合。给出了采用蒙特卡洛法进行机床工作空间分析的流程。利用运动学通用模型推导了两种五轴机床的运动学等式,并使用MATLAB软件得到了机床工作空间的仿真结果。通过分析,确定了五轴机床工作空间形状和位置的影响因素:刀具长度及工件的安装位置。 (4)对联动加工超程进行了定性分析和定量计算 使用机床运动学通用模型定性分析了联动加工超程原因:插补控制点超出机床工作空间,给出了联动加工超程判断与计算的方法。得出了每行数控代码对应的刀具位置和姿态均在机床的工作空间不是加工可以进行的充要条件,只是其必要条件的结论。 (5)基于运动学通用模型建立了五轴机床几何误差模型 在五轴机床运动学理想通用模型的基础上,引入影响机床加工精度的误差,推导了相邻体的实际任意坐标变换,建立了机床的几何误差模型。以DMU 100T机床为例建立了该机床的几何误差模型。实际加工的测量结果说明了补偿了几何误差的机床加工精度得到了一定的提高,同时在一定程度上验证了基于运动学通用模型的机床几何误差建模的正确性。
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