虚拟制造环境下数控机床的运动学建模与仿真

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1、"!!!!!"!·!"工程与应用·!!!!!"虚拟制造环境下数控机床的运动学建模与仿真陈幼平庹艾莉周敬东袁楚明周祖德（华中科技大学机械科学与工程学院，武汉AB""CA）摘要首先利用?53)@软件建立三轴数控铣床的虚拟模型，以最简化原则建立运动副的坐标系后，对机床结构进行分析，建立了虚拟环境下任意三轴数控机床的通用运动学模型，实现了任意虚拟三轴数控机床运动的通用求解方法。最后结合’(’*-软件对DE.C%A型三轴数控铣床的圆周运动进行仿真分析，最终验证了所建虚拟数控机床运动学模型的正确性。关键词虚拟三轴数控机床运动学建模仿

2、真文章编号%""!.FBB%.（!""#）%"."%C#."A文献标识码’中图分类号+?!"!!"#$%&’"()*+,$-"#.&#,/"%0-&’"+#1+23"2’0&-45446$#7+08"#.90+:"-";6+0<"#.,+#.70nj%"#.;6+0;0,$（&3881G13H*1

3、74803K183H2I12I5114Q1:0/88/JG&R&4JK2I1:/0P81:2<335K/J421:9:210451H/5:21:24S8/:I1KT/2I?53)@$+I1J2I16/J1042/<:03K18H35G1J1548;/527482I5114Q1:&R&/:S7/82S4:1K3J2I14J489:/:3H2I104

4、:3H’(’*-:3H2T451，2I1<3551<2J1::3H2I16/J1042/<:1U742/3J/:<3JH/501K$!$>?+2,)：;/527482I5114Q1:&R&，6/J1042/<:，03K18/JG，:/07842/3J%前言不能满足各种数控机床的运动学建模。基此，论文首先建立虚随着信息技术的发展，虚拟制造技术在制造领域显现出越拟三轴数控机床，在分析其本体结构及参数设计的基础上利用来越重要的作用，结合&’()&’*技术，将虚拟制造技术应用齐次坐标转换法对虚拟环境下的三轴数控机床进行了运动学于

5、数控机床的设计分析，其交互性和沉浸性势必可提前发现产分析建模和仿真，它不仅实现了虚拟环境下任意三轴数控机床品设计的缺陷，实现产品的优化设计，提高数控机床的精度，缩运动的求解方法的通用化，而且为实际环境中任意三轴数控机短产品开发周期，降低产品的研发成本，在很大程度上解决现床的动态性能研究和实时、最优控制提供了依据。代制造企业的+,&-（+.+/0123045612，,.,748/29，&.&3:2，-.-15;/<1）难题。!虚拟数控机床模型的建立实质上，数控机床是一个利用数控系统控制机床各运动轴!$%数控机床虚拟模型的建

6、立的运动来实现工件与刀具之间的相对运动，从而完成切削加工利用?53)@所建立的三轴数控机床（以三轴数控铣床为的空间机构。数控机床机构运动学建模与求解是实现机床运动的基础，如数控编程后置处理、加工精度控制、进给速度控制和机床几何误差补偿中都必须用到机床的运动学模型=%>。要实现数控机床的虚拟加工，就必须建立虚拟环境的数控机床运动学9&模型，也就是对加工过程中机床部件的运动和动力学行为进行Q&分析和建模。否则，虚拟加工就没有任何意义。对于机床运动学几何建模，先后出现了三角几何法、误差矩阵法、二次关系模型法、机构学建模法、刚体

7、运动学方法等建模方法=!>，这些方法常@件用于解决特定数控机床的运动求解，对于不同的数控机床，需要专业技术人员，根据机床具体结构，重新建立机床运动学几何求解模型，缺少通用性，难于形成固定的产品模块，严重制约了误差补偿技术的广泛推广和使用，且难以适应机床运动结构的不断发展。同时，上述的运动学几何建模方法不具有通用性，图%数控机床虚拟模型基金项目：国家FVB高技术研究发展计划资助项目（编号：!""%’’A!B!B"）；湖北省自然科学基金资助项目（编号：!""B’W’""!）计算机工程与应用!""#$%"%C#例）的虚拟模型&

8、’(如图%所示。滑块!（)%）连接了刀具与机床床,，)），则绕该直线逆时针方向旋转!角和沿该直线平移0的身（即机架），机架与工件经由滑块%（*%）和工作台（*!）运动综合齐次变换矩阵为：构件而连接在一起，其中工件固连在工作台上随其一起运动。!（)，!）*-.",-.!/(.01!/2/0（’）!$!建立虚拟数控机床坐