数控机床的误差检测与分析

论文摘要

机床,是机械加工工作母机。多轴联动数控机床特别是五轴及五轴以上联动数控机床是实现大型与异型复杂零件的高效高质量加工的重要手段,代表着一个国家机械制造业数控技术发展的最高水平,是一个国家精密制造能力强弱、制造水平高低以及科学技术水平的重要标志。加工精度是数控机床性能的主要标志之一。总体来说,提高机床精度有两种基本方法:误差防止法和误差补偿法。误差防止法有着很大的局限性,经济上的代价往往很昂贵;误差补偿法可以降低仪器和设备制造的成本,具有非常显著的经济效益,因此误差补偿技术在机械制造行业中得以迅速发展和推广。建立数控机床空间误差模型和精确地测量出数控机床的各项误差是实现误差补偿的关键问题之一,本文完成的主要工作有:首先介绍了球杆仪的构造以及检测原理,简单说明了基于球杆仪检测原理的几何误差辨识。主要包括基于齐次坐标变换法的综合误差建模,球杆仪检测法的几何及热误差分离原理,以及球杆仪球座安装误差的分离方法。并指出了球杆仪相对于一般机床检测工具的优势所在。其次进行了数控机床误差建模分析。分析数控机床的结构组成,描述两相邻运动体之间的特征关系,定义有误差情况下相邻体间的特征变换矩阵的体坐标系、运动参考坐标系等。并在此基础上,采用坐标变换矩阵来表示各体之间的相互关系,把实体间复杂的关系抽象为数学矩阵之间的关系。给出误差模型的表达式,为误差建模提供理论基础。然后进行基于球杆仪的五轴机床运动误差辨识与实验,设计了一个五轴机床运动误差测试方案对运动误差进行分离并仿真验证模型的正确性,并利用球杆仪进行现场实验,采集数据,进行数据处理和计算,得到机床各实际误差值。最后相对传统的应用位移传感器检测主轴漂移误差方法,本文使用实验法对主轴漂移误差进行了检测分析。本文工作对数控机床误差检测与分析及之后的误差补偿技术有一定的参考价值;对各机床使用单位对自己单位机床的误差分析、精度检测也有一定实用作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及其研究意义
• 1.2 数控机床误差研究进展与现状
• 1.2.1 机床的误差源分析与误差元素分类
• 1.2.2 数控机床误差补偿技术的基本概念
• 1.2.3 五轴机床误差研究现状
• 1.2.4 球杆仪应用现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 球杆仪检测原理
• 2.1 引言
• 2.2 球杆仪的结构
• 2.3 球杆仪的原理
• 2.4 球杆仪误差分离方法
• 2.4.1 定位误差模型
• 2.4.2 直线度误差模型
• 2.4.3 角度误差模型
• 2.4.4 垂直度误差模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 数控机床误差建模分析
• 3.1 误差特征描述
• 3.2 特征变换矩阵描述
• 3.2.1 坐标变换原理简介
• 3.2.2 实际情况下相邻运动体之间的特征变换矩阵
• 3.3 误差模型描述
• 3.4 误差建模步骤
• 3.5 本章小结
• 第四章 五轴机床运动误差分析与检测实验
• 4.1 五轴机床的运动误差分析
• 4.2 运动误差模型的建立
• 4.3 运动误差测试方案设计
• 4.4 运动误差测试方案分析
• 4.4.1 测试方案一分析
• 4.4.2 测试方案二分析
• 4.5 运动误差的分离
• 4.6 仿真验证
• 4.7 现场实验
• 4.8 本章小结
• 第五章 主轴漂移误差分析与检测实验
• 5.1 引言
• 5.2 实验原理
• 5.3 实验设计
• 5.4 实验数据分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见