3-PRS并联气囊抛光机床几何误差建模与补偿试验研究

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1、硕士学位论文3-PRS并联气囊抛光机床几何误差建模与补偿试验研究RESEARCHONMODELINGANDCOMPENSATIONOFGEOMETRICERRORFOR3-PRSPARALLELBONNETPOLISHINGMACHINETOOL汤柳哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH161学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文3-PRS并联气囊抛光机床几何误差建模与补偿试验研究(学术型)硕士研究生：汤柳导师：谢大纲副教授申请学位：工学硕士学科：机械制造及其自动化所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月

2、授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TH161U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMODELINGANDCOMPENSATIONOFGEOMETRICERRORFOR3-PRSPARALLELBONNETPOLISHINGMACHINETOOL(Academic)Candidate：TangLiuSupervisor：A.Prof.XieDagangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSp

3、eciality：MechanicalManufacturingandAutomationAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，光学技术得到了巨大的发展，曲面光学零件作为其核心元件在航空航天领域、军事侦察领域以及很多民用产品领域得到越来越广泛的应用，这对曲面光学零件的面形精度和表面质量提出了更高的要求。3

4、-PRS(Prismatic、Revolute、Spherical)并联气囊抛光机床融合了气囊抛光技术成本低、精度高、效率高、可抛光自由曲面和并联机构刚度大、操作速度快、惯性小的优点，在曲面光学零件的加工领域具有广阔的应用前景。然而目前3-PRS并联气囊抛光机床的定位精度较低，不能满足曲面光学零件的加工要求。考虑到几何误差是3-PRS并联气囊抛光机床的主要误差来源，对其进行几何误差建模与补偿试验研究，提高定位精度，具有重要的应用价值。误差补偿的过程包括误差源分析、误差建模、误差检测、误差项辨识、误差补偿及补偿效果评价等几个步骤。为了了解机床的运动规律

5、，便于误差项辨识与误差补偿的实现，在机床原始的正反解模型基础上通过优化算法改进了3-PRS并联机构的正反解模型，通过分析机床的加工空间明确了误差补偿的范围。建立合适的几何误差模型是进行误差项参数辨识和误差补偿的基础，考虑到结构上的相对独立性，基于闭环矢量法建立了3-PRS并联机构的几何误差模型，建立了工作台串联机构简化的几何误差模型，分析了机床位姿误差对气囊抛光接触区形状的影响。基于3-PRS并联机构的几何误差模型建立了误差项参数辨识模型，通过仿真验证了误差项参数辨识方法的可行性，采用激光跟踪仪通过三点法测量气囊抛光主轴的位置和姿态，通过仿真发现该方

6、法的测量精度满足机床的要求。在误差补偿阶段，先完成工作台串联机构的位置误差测量与补偿，然后测量机床的原始位姿误差，利用辨识位姿点位姿误差进行误差项辨识，通过修改数控机床参数实现了3-PRS并联气囊抛光机床的误差补偿。最后完成了误差补偿前后的气囊抛光试验，验证了机床位姿误差对气囊抛光接触区形状的影响，验证了几何误差补偿的实际效果。通过对3-PRS并联气囊抛光机床的几何误差建模与补偿试验研究，位置误差从6.1mm下降到0.4mm，位置误差减小93.86%；姿态误差从4.9°下降到0.2°，姿态误差减小95.88%。3-PRS并联气囊抛光机床的定位精度得到

7、了很大的提升，为曲面光学零件的加工奠定了基础，具有重要的应用价值。关键词：3-PRS并联机构；几何误差建模；位姿测量；误差项辨识-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,opticaltechnologyhasgetgreatdevelopment.Ascoreelements,curvedopticalpartshavebeenmoreandmorewidelyusedinaerospace,militaryreconnaissanceandmanycivilianproductsfields,whichgiv

8、esahigherrequesttosurfaceprecisionandqualityofcurvedop