五轴加工中心综合几何精度的零部件公差设计


 

 五轴加工中心运动副较多,运动链比较长,整体刚度和精度都容易受到影响。随着用户对零件质量和精度的要求越来严格,如何保证五轴加工中心综合几何精度,从而确保零件加工精度的研究逐渐成为焦点。对五轴加工中心进行综合误差补偿时,就需要对加工中心沿各轴运动方向的误差进行测量,这在加工中心实际误差补偿中较为困难。由于公差是用来限制误差的,而加工中心综合几何误差是根据各个运动副叠加其各项随机几何误差求解得来。因此可以通过给定各运动副零部件几何公差项来覆盖各轴方向的几何误差项,建立五轴加工中心几何公差分析模型;结合五轴加工中心综合几何误差的随机性,采用蒙特卡罗模拟法进行三维误差仿真分析,使得五轴加工中心综合几何精度设计最终落到具体组成运动副的各零部件的几何公差上;同时利用影响五轴加工中心综合几何精度的贡献因子,也可为后续五轴加工中心综合误差补偿方向提供有利依据。

 

 

1五轴加工中心综合几何精度设计1.1加工中心几何误差项

 

 

对于五轴加工中心来说,分别有沿XYZ方向平行移动的三个轴,每个轴在变动时都会产生沿XYZ方向的三项线位移误差,绕XYZ方向的三项角位移误差;还有两个旋转轴ABBCAC)在沿X

 

 

YZ方向的三项线位移误差和绕XYZ方向的三项角位移误差;另外,三个直线运动轴之间还会产生三项垂直度误差,这三项垂直度误差不随加工中心运动体的运动而变化,五轴加工中心一共有33项几何方向的误差。

 

 

以平移轴为例,加工中心工作台沿着导轨运动时存在着六项误差.一一三个位移误差和三个角度误差。以X轴平移运动为例。沿X轴方向运动过程中,存在三个平移误差Sx(X)、Sy(X)、Sz(X)和三个角度误差ex(X)、Sy(.X)、Sz(X)。S代表位移误差,S代表角度误差,括号内的字母代表运动方向,下标的字母代表误差方向。类似,沿Y轴方向平移的误差为SX (Y)、Sy (Y)、Sz(Y)、Sx

 

 

(Y) ey(Y)、fz(Y)。沿 Z 轴方向平移的误差为:8x(Z)、8y(Z)、8z

 

 

(Z)    sx(Z)ey(Z)ez(Z)。

 

 

1.2运动副零部件几何公差项控制

 

假设M是工作合上的一点,那么由于直线度误差和角度误限制在某一限内波动,且不超过该限。这与尺寸公差中轮廊度误差的概念相似,如图3所示。

 

根据上面分析,滑块在沿X轴方向运动时,由于导轨直线度误差和角度误差的存在,使得工作台在XY平面和YZ平面内的_定范围内的移动扭摆现象。因此针对平面导轨,则可以转化成接触面的面轮廊度及垂直度。给定接触底面的平面度可覆盖8y(X)、sx(X:^P ez(X),两接触侧面的垂直度可覆盖SZ(X)sy(X);针对于圆柱导轨,则可以转化成圆柱导轨的直线度及侧面垂直度。给定圆柱导轨轴线的位置度可覆盖Sz(X)、sx(X:^n sy(X),侧面垂直度可覆盖8y(X)、eX);Sx(X)则由加工中心沿X轴方向的伺服电机精度限制。其中面轮廓度和垂直度初始值如下:

 

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结束语:

 实现了基于五轴加工中心综合几何精度要求的三维公差设计验证,通过贡献因子合理修改相应的零部件公差值,使加工中心综合几何精度的保证落实到具体组成运动副的每个零部件公差上。可利用贡献因子可为后续加工中心综合误差补偿方向提供有利依据。

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