五軸工具機動態誤差量測系統

Dynamic Error Measurement System for Five-axis CNC Machine Tools

游振奇(Chen-Chi Yu)

指導教授 ： 雷衛台

國立清華大學/工學院/動力機械工程學系/碩士(2008年)

摘要

針對五軸工具機全部五個軸動態誤差量測，已有一套量測方法，即完全五軸動態量測(Total Dynamic Test, TDT)，此方法利用線性軸/旋轉軸及旋轉軸/旋轉軸之軸組搭配，配合已成熟之線性軸/線性軸雙球桿動態誤差量測方法，為五軸工具機中線性軸及旋轉軸間動態誤差量測建立起一座橋樑，使得五軸工具機中全部五個軸之動態誤差皆可檢驗出來，並同步進行驅動軸位置控制迴路速度增益調整，使得全部五個線性軸及旋轉軸間之動態得以平衡，因而大大降低了五軸工具機之動態運動誤差。但是此方法受限於軸組搭配之選擇，因此將五個軸全部調整完成後，其推理自由度(inference degree of freedom)較高，可能造成誤差量積現象。
分析發現在現有TDT方法中，線性軸/旋轉軸及旋轉軸/旋轉軸同動時，其軸驅動訊號為雙頻訊號，故在頻譜分析時，兩頻率間之交互影響便無從評估。因此，本論文提出一套創新之單頻動態誤差測試方法，以正弦波為單頻驅動訊號，進行五軸動態誤差量測，並針對單頻TDT測試方法做深入的探討。單頻驅動訊號經由五軸工具機之機構轉換後，所得到工件座標之路徑不是圓路徑，而是一連續之空間曲線，其變化量超出一般雙球桿所能量測之範圍。因此，本論文針對量測需要，設計出一組線性雙球桿量測裝置(Linear Scale Double Ball Bar, LSDBB)，其量測解析度與雙球桿相同，但其量測行程為現有雙球桿之二十倍。本論文結合上述之單頻動態誤差量測及LSDBB，規劃動態誤差量測程序，發展出五軸工具機之動態誤差檢測及調校系統，建立不同動態參數條件下，包括位置迴路速度增益、背隙誤差及驅動速等之誤差圖譜，以做為五軸工具機動態誤差診斷之依據。這些誤差圖譜，也用於XC及XA二軸組之測試及增益調整。本論文所研發之五軸工具機單頻動態誤差量測方法，經實驗證實有效。

關鍵字

五軸工具機 ； 單頻動態誤差測試 ； 完全動態誤差量測

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參考文獻

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