并联机床平面约束机构误差分析与建模

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并联机床平面约束机构误差分析与建模收稿日期: 2000206201
基金项目: 国家 九五” 科技攻关项目(962A2220103) ;中国科学院沈阳自动化研究所机器人学开放实验室资助项目(RL199807)·
作者简介: 余晓流(1962 - ) ，男，安徽岳西人，东北大学博士研究生，华东冶金学院副教授; 王启义(1939 - ) ，男，辽宁大连人，东北
大学教授，博士生导师·
并联机床平面约束机构误差分析与建模
余晓流1
， 赵明扬2
， 王洪光2
， 王启义1
(1. 东北大学 机械工程与自动化学院， 辽宁 沈阳110004 ; 2. 中国科学院 沈阳自动化研究所， 辽宁 沈阳110015)
摘 要: 针对五轴数控机床平面约束机构进行了误差分析 ，指出了并联机床平面约束机构误
差主要影响因素为机构的制造误差和安装误差· 前者与由其引起的约束机构顶边中点沿 x 方向的
位移成非线性关系 ，而后者则成线性关系· 提出了-种依据测量数据反演非线性误差模型的建模
方法 ，给出了五轴并联机床约束机构实测信息与模型输出间的多项式误差模型· 比较仿真结果与
测量结果可知 ，基于上述方法建立的误差模型精确 ，进而利用该模型对机床进行实时精度补偿 ，可
使机床 x 方向定位精度大为提高·
关 键 词: 并联机床;误差;建模;精度补偿
中图分类号: TG 659 文献标识码: A
近年来 ，国内外学者在并联机床领域开展了
-些卓有成效的工作[1～4 ]
· 目前 ，困扰该类机床
产业化的关键在于精度[5 ]
，而误差补偿是提高机
床精度的重要手段[6 ]
· 本文针对五轴数控机床平
面约束机构进行了误差分析 ，指出了并联机床平
面约束机构误差的成因· 由于误差与机床位姿间
的非线性关系 ，难以进行量化处理· 因此 ，提出了
-种依据测量数据反演非线性误差模型的建模方
法 ，构造出平面约束机构实测信息与模型输出间
的多项式误差模型· 比较仿真结果与测量结果可
知 ，基于上述方法建立的误差模型精确 ，进而利用
该模型对机床进行实时精度补偿 ，可使机床 x 方
向误差减小两个数量级·
1 平面约束机构误差分析
五轴并联机床如图 1 所示· 平面约束机构误
差是指其与运动平台相连的顶边中点实际运动平
面对其理想位置平面产生的偏差· 主要误差源:平
面约束机构的制造误差和安装误差· 在制造误差
中 ，各杆轴心线平行度误差使机构相关铰链连接
杆的实际运动平面产生对其理想位置平面的偏
差 ，而杆长尺寸误差的误差影响极肖 安装误差为
约束所在实际安装平面与其理想位置平面的安装
倾角·
图 1 五轴并联机床
111 平面约束机构安装误差的影响
机构的安装误差是指其铰链回转轴心线与 x
轴安装不平行所带来的误差·
(1) 铰链回转轴心线在水平面内的安装误差
图2a所示约束机构铰链回转轴心线在水平
图 2 安装误差的影响( Ⅰ)