四轴卧式加工中心的几何误差补偿研究

论文摘要

数控机床加工技术作为一种适应现代制造业多品种、小批量、个性化发展需求的新技术，已经成为机床行业的核心，而卧式加工中心也已经成为当今数控机床的一个重要发展方向。机床的加工精度是衡量数控机床性能最重要的指标之一。本文基于多体系统理论运动学对卧式加工中心的几何精度进行了系统、全面的阐述和研究，分析了影响加工精度的误差来源，针对性地提出了误差补偿的步骤和方法，在此基础上进行了软件误差补偿的算法推导与软件设计等研究工作，以提高卧式加工中心的加工精度。本文主要以四轴卧式加工中心为研究对象，在运动学建模、误差补偿计算以及软件误差补偿等方面进行了研究，最后利用计算机仿真实验进行验证，具体研究情况如下:（l）机床运动学建模详细阐述了多体系统运动学理论，在此基础上，以特定型号的四轴卧式加工中心为原型，建立了数控机床运动学模型。（2）误差补偿计算在机床运动学模型的基础上，建立起机床数控指令与加工刀具路线之间的映射模型，将理想状态下的数控指令作为误差补偿的初始值，迭代后得到实际状态下的精密加工数控指令，从而实现数控机床的误差补偿。（3）软件误差补偿几何误差补偿软件利用VC++6.0开发工具编写，在XP/WIN7下调试通过，具有专项专用、操作简便等特点。最后进行误差补偿的计算机仿真，通过比较补偿前后的刀具点位信息，验证了软件误差补偿的效果。进一步验证了本文建模方法的正确性和误差补偿软件的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 论文研究意义与目的
• 1.2.1 卧式加工中心的独特性
• 1.2.2 提高数控机床精度的方法
• 1.2.3 误差补偿法实现的途径
• 1.3 国内外研究现状与发展趋势
• 1.3.1 机床误差建模的研究形势
• 1.3.2 误差补偿检测与实施的研究形势
• 1.3.3 目前存在的问题及机遇
• 1.4 研究的主要工作内容
• 1.4.1 本文研究的内容
• 第2章 多体系统描述
• 2.1 多体系统误差分析与建模的运动学理论
• 2.2 多体系统对几何结构的描述方法
• 2.2.1 多体系统拓扑结构及其低序体阵列的描述
• 2.2.2 多体系统中典型体的几何描述
• 2.2.3 理想状态下相邻体间的特征矩阵
• 2.2.4 实际情况下相邻体间的特征变换矩阵
• 2.2.5 典型体上给定点的位置表达
• 2.3 本章小结
• 第3章 四轴卧式加工中心的误差建模
• 3.1 数控机床运动结构的描述
• 3.2 数控机床坐标轴的定义
• 3.3 数控机床通用误差分析模型的建立
• 3.4 数控机床的几何误差参数描述
• 3.5 机床的几何误参数辨识
• 3.5.1 平动系统几何误差的九线辨识法
• 3.5.2 平动轴垂直度误差辨识
• 3.5.3 回转轴几何误差辨识法
• 3.6 四轴卧式加工中心建模具体实例
• 3.6.1 卧式加工中心的几何误差分析
• 3.6.2 卧式加工中心的拓扑结构分析
• 3.6.3 基于多体理论的四轴卧式加工中心误差建模
• 3.7 本章小结
• 第4章 误差补偿的计算方法
• 4.1 几何误差软件补偿的基本流程
• 4.2 数控机床加工误差软件补偿策略
• 4.3 通用模型中各参量的计算机计算方法
• 4.4 刀具路线与数控指令的映射关系
• 4.4.1 理想法向量的确定
• 4.4.2 理想情况下数控指令到刀具轨迹的映射关系
• 4.4.3 实际条件下数控指令与刀具线路的映射关系
• 4.4.4 计算迭代过程中的刀具轨迹
• 4.4.5 迭代求解终止判别条件
• 4.5 数控机床基本运动形式的数控指令补偿方法
• 4.5.1 关于定点运动的数控指令修正方法
• 4.5.2 关于线形运动的数控指令修正方法
• 4.6 本章小结
• 第5章 软件总体设计与仿真验证
• 5.1 开发平台和设计方法
• 5.1.1 软件开发平台的选择
• 5.1.2 软件设计及编码
• 5.1.3 数控指令的描述
• 5.2 软件介绍
• 5.2.1 机床参数设置
• 5.2.2 导入刀位数据及数控指令
• 5.3 计算机仿真
• 5.3.1 仿真实验
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢