和轮廓误差五轴机床的第二控制建模

和轮廓误差五轴机床的第二控制建模：精密轮廓控制器的设计刀具路径对五轴数控机床的精确跟踪是实现高速加工的模具，模具的本质，并与航空航天零件曲面。由于传统的CNC系统的跟踪控制机器的各驱动器的错误，这可能不会导致预期的轮廓沿刀具路径的精度，需要协调行动的所有五个驱动器。本文提出了一种新的控制方法，工具提示和工具的定位误差，即轮廓误差最小化，沿五轴刀具路径。轮廓误差和运动模型的机器，这是在第一部分的纸张，用于界定植物。介绍了一种多输入多输出滑模控制器，该控制器可以最大限度地减少路径跟踪和路径跟踪的速度误差。确保系统的稳定性，并提出了模型实验证明在一五轴机床。明显减少了路径误差在五同时活动从原始驱动动力学。关键词：10.1115/1.31233361引言仿形errors，deÞnedasthe正常偏差fromthedesired参考工具路径，发生在多轴运动控制系统的跟踪误差由于ofindividual伺服驱动。在第一部分ofthepaper，两个类型的轮廓误差，whicharetothe部分有害的容差在Þve轴同时加工，是deÞned。theÞrstoneisthe正常偏差ofthetooltipfromthedesiredcalledthetool工具路径，尖端的轮廓误差。consider等运动学oftheÞve轴机床工具，工具提示错误出现了非线性函数的轮廓跟踪误差oftheofallthe轴。轮廓误差的方向，ontheotherhand，是有偏差的理想工具deÞnedfromthe定位在球形坐标和控制onlybytheRotary让ofaÞve轴机床。模型，准确地估计bothofthose轮廓误差实时arepresentedin第一部分。设计的多轴同步滑模控制器SMC为最大限度地减少错误轮廓是介绍。两个主要途径havebeenadoptedtoreduce仿形误差。intheÞrstapproach，轮廓误差是降低间接，attemptingtoreduce轴跟踪误差的。传统算法的算法如P，PI和PID反馈arebasedontheprinciple1.2。tomizuka零相位误差跟踪3developedbytheZPETC控制LERcancelingDynamicsofthe伺服驱动稳定在前馈时尚。the带宽oftheoverallsystem，theaccuracyofthe因此跟踪驱动，increaseswithZPETC，providedthatthe驱动模型是精确anddoesnotvarywithtime4.5。最近的努力是朝向Improvingthe带宽度ofthe驱动使用滑模鲁棒控制器thataremoretothechangesinthe驱动力。SMC是ÞrstintroducedthegeneralbyUtkin6，这需要交换aroundtheresultingina滑动表面不连续控制法。toovercomethisproblem，7年里slotineand提出自适应滑模控制器-遮阳，whichEstimatesandcancelsvariousuncertaintiesthatdonotatthe平衡点消失。在佩拉-LEL、分散等。8notedthatthe瞬变响应ofthe非SMCcanbeimprovedbyincludingthe积分，位置，和derivativeoftheTrackingerrorsinthe滑动面上的设计。后来，altintas等。提出了连续9滑模控制器的精确跟踪控制中心轴by考虑着身体Dynamicsoftheonlythe刚性球螺杆驱动。他们的设计是基于单片机panelizing位置，aswellasthe速度errorsofthe轴，和表现出相似的目的以及改进性能totheZPETCrobustnesstouncertaintiesinthe驱动力。年改进方法控制机器工具饲料驱动系统是介绍耦合行为inthe控制器to手协调alongthedesired该死的轮廓。通过引入多轴颈-耦合效应之间的协调运动，是achievedbyeithertheÒequalstatusÓortheÒmaster-斯拉夫approachÓ10。当signiÞcantly动力学是不同的多轴控制器之间，设计方法可以saturatebytheEqualStatusthe更（较）慢轴驱动器。inordertoovercomethis画背，the主从approachisfavored，whichassignsthe慢轴有大师ofthe快速驱动。苏等。一个自适应控制器11开发协调多轴同步中心位置。他们deÞnedthe同步误差astheDIFferential位置误差之间的多轴运动和penalizeditinthe反馈环路12。第二个主要的方法降低轮廓误差轮廓误差估计是attemptto实时生成和控制trol反对行动。科伦和LO13estimatedtheerrorintwo轴仿形机械asafunctionof轴跟踪误差和线性反馈路径方向连续点之间。他们reducedthe仿形误差by注射相应的耦合Commandtothe伺服inordertopushtheactualtool工具路径位置onthedesired，knownasthe交叉耦合控制器CCC。后来，科伦和LO14used时间变耦合增益toimplementCCC沿圆形路径。whenthe轴控制trollersminimizethe沿曲线路径跟踪误差，误差控制塔是增加，whichwill力量轮廓控制器to抵抗它。asaresult，itistowhich调控元件difÞcult区分优势种theÞnal仿形结果。分析轩认为implementationoftheCCC计划在nonorthogonal我中国的工具。erkorkmazandaltintas15developeda数值法在估计轮廓误差forarbitrarily形工具路径。他们实现了在CCC方案结合前馈轴动态补偿，提高了轮廓加工性能的直角。Chiu和富冢16采用坐标变换的方法对轮廓误差动态直接设计。使用线性时变的局部放电调节器，在切向和法线方向的解耦误差动态稳定。这种做法表明，轮廓性能是通过增加在法线方向的闭环带宽的改进。然而，PD控制器是不足够Þ足够足够强大，和轮廓误差近似可能变得不准确。因此，轮廓精度降低的速度与尖锐的曲率特征路径加工。鹏和陈17德Þ内德的几何轮廓指数提高圆形刀具路径设计反推滑模控制器在正常方向引入抗摩擦误差估计。陈等人。18后来设计了极坐标下的鲁棒控制器建立轮廓控制非常简单的加工刀具路径。本文介绍了一种完全不同的哲学。个体驱动而进行跟踪，在Þ五轴机床的精度，即刀具路径、轮廓误差的最小化，是对照法的主要目的。利用运动学和轮廓误差估计模型中的一部分，我，一个多输入多输出连续时间Ð积分滑模轮廓控制器的介绍，这是更强大的抗干扰和建模误差。实验证明，在内部控制Þ虚拟轴数控机床的控制策略的有效性。本文的结构安排如下：2部分介绍了滑动模态控制器的设计，以减少工具提示和工具提示的轮廓误差。3节研究了该控制算法的有效性通过轮廓测试。2轮廓控制简化的线性动力学ÞED在Þ五轴机床典型进给驱动系统建模部分的我QT=M−1UT−DT−CQT1¨˙qt=X，Y，Z，T，CTT包含驱动位置。问˙T和Q¨T包含驱动器的速度和加速度，分别。你是控制输入到放大器的ÞERS和DT是外部干扰重新ß连接在放大器的输入Þ二Õ。M2.1设计的滑动模态控制器的工具提示轮廓误差。在第一部分中，实际的工具提示轮廓误差向量通过重新ß检查工具对跟踪提示错误E建模˜为延迟补偿的Frenet标架F：˜T˜˜EF=FE+HF˙˜˙˙TT˜˜3˜EF=FE˙+FE+HF˜E¨F=F˜TE¨˙¨¨+2Fe˜˙+F˜TE+˜HF轮廓误差留在零件表面的法线和双成分˜EF估计，N+˜EF，B错误的图1，这是由滑模控制器的最小化。这个轮廓误差动力学方程2代入方程推导3：¨˜等¨˜EN¨˜T˙−1˙¨¨TT˜EB˜˜˜EF==F代替−JQ−JMU+D−CQ+2FE+FE+HF˜¨¨˙˙˙¨˜EA˜¨CE四注意，动态的ÞRST三部分组成，即切线和副法线，正常，˜等，˜恩，˜EB误差、非线性和时变性由于雅可比和Frenet标架变换。最后两部件定期跟踪误差动态旋转驱动器。二阶滑动表面的R51被设计为包含比例、积分和导数的时间根据不同的错误）乙）R55和CR55是对角矩阵，包含驱动Õ等效惯性和粘性阻尼术语表1给出。Jacobian矩阵JTR55，涉及传动速度QT˙˙˙对刀具位姿速度xT=PX，PY，PZT，˙˙一个˙T、C˙TT是从ÞVE轴机床运动学获得19。驱动动力学被映射到刀具姿态使用的是，和在工件坐标系中的刀具的跟踪误差动力学表示˙−1UT−DT−CQT2ET=代替T−JTQT−JTM¨¨˙˙期望轮廓乙zref，Pyref，PP的外部参照，PZ，py二甲苯T氮福电子等实际工具提示实际工具提示位置EN+EBEN+电子束位置其中X¨REF是参考工具姿态加速度。基于轮廓误差和驱动动力学模型在第1部分，我19，一个滑动模式控制器，最大限度地减少工具提示和方向轮廓误差在美国证券交易委员会。2.1。