五轴联动混联机床插补算法的研究

葛帅帅，李开明

(南京理工大学机械工程学院，江苏 南京 210094)

基金项目：江苏省科技支撑计划-工业部分资助项目（BE2011193）

作者简介：葛帅帅(1997— )，男，硕士研究生，主要研究方向为C形龙门五轴联动混联机床的路径规划及位姿误差分析，1365078156@qq.com.

摘要：提出了一种操作空间粗插补与关节空间精插补相结合的插补算法,用于五轴联动混联机床刀尖点运动轨迹的修正。该算法首先在操作空间进行粗插补后得到双摆头的摆动角度和动平台的位置，然后反解到关节空间进行进一步精插补得到各杆长变化曲线，从而控制刀尖点的运动轨迹。通过对五轴联动混联机床进行运动学分析，得出机床的正反解方程。对提出的插补算法在MATLAB中进行仿真验证，仿真结果表明了插补算法的有效性。

关键词：混联机床；C-A型双摆头；粗插补；精插补

中图分类号：TH112   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)12-0096-05

一般六自由度并联机构有实现姿态能力差、运动学正解求解困难以及难以通过闭环控制获得较高的精度和较好的动态性能等缺点，而少自由度并联机床具有驱动元件少、结构紧凑、成本低等突出优点。三自由度并联机床已能满足大多数应用需求。虽然并联机构具备串联机构不能比拟的优势，但也有一些串联机构所没有的缺点，若将两者结合起来恰好可以在优缺点上形成互补^［1］。五轴联动数控加工技术是实现复杂自由曲面产品加工制造的关键技术^［2］。在原有的三平动非对称并联机床的基础上增加一个C-A型双摆头构成五轴联动混联机床，但并联机床存在运动耦合，必须通过逆解运算将动平台在操作空间中的运动转换为关节空间中的伺服运动才能使动平台走出期望的轨迹^［3］。由于采用一般的插补方法C-A型双摆头可能会产生非线性误差，因此本文提出了一种操作空间粗插补与关节空间精插补相结合的插补算法来解决上述问题。

1 机构描述

3-2SPS并联机构主要由动平台、机架和3组伸缩杆组成，如图1所示，上下两组伸缩杆两端分别与动平台和机架连接,中间一组伸缩杆两端分别与动平台和线性模组连接，线性模组是一种可水平滑动的冗余滑块，用以规避奇异位形和增大工作空间。每组伸缩杆均由一个伺服电机驱动,以保证同一组伸缩杆始终平行且杆长相等，从而使动平台只能在机床的X,Y,Z轴方向上平动。在上述并联机床动平台上装上C-A型双摆头构成五轴联动混联机床。

2 运动学求解