多轴数控机床综合误差建模与补偿的研究

论文摘要

高档数控机床,特别是精密多轴数控机床,是衡量一个国家制造业水平的重要标志,在诸多制造业有着十分广泛的应用需求。提高机床精度有两种方法。一种是误差防止法（Error Avoidance）,即通过提高数控机床的零件结构设计、制造精度和装配水平来尽可能地消除误差源。另一种是误差补偿法（Error Compensation）,即通过对机床工作及加工过程的误差分析、建模与补偿来改变坐标实际运动量达到理想的运动轨迹,从而实现不使用精密加工设备的精密加工。目前,通过误差防止法来提高加工精度的误差避免方法越来越难以实现,造价成本也越来越高昂。因此,发展数控机床误差补偿技术的呼声愈来愈强烈。本文首先基于多体系统运动学理论,以一台四轴加工中心为对象,建立了包含几何误差和热变形引起的误差的综合数学模型,深入分析并解决了加工中心的交换工作台站的误差传递、各轴热漂移误差影响等关键问题。该误差模型为实现加工中心的精确补偿提供了坚实的理论基础。其次,创新性地提出了基于改进的LS-SVM的数控机床定位误差建模预测方法。利用激光干涉仪进行了XYZ三轴的定位误差测量实验,采取补偿反向间隙和单项定位误差的方法进行初步补偿；提出了基于加权最小二乘支持向量机的机床单轴定位误差建模方法及模型参数优化方法,并从理论上验证了模型的精确性及可行性。最后,通过补偿实验验证了基于加权LS-SVM建立的误差模型的精确性及补偿方法的可行性,用该方法对数控机床各轴进行预测补偿,能有效提高数控机床的加工精度。另外,本文还创新提出了面向误差实时补偿技术的LS-SVM建模补偿的方法,研究并提出了误差实时补偿程序实现流程及补偿控制策略。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 目前存在的问题
• 1.5 本论文的主要内容
• 第二章 基于多体系统理论的机床综合误差建模
• 2.1 多体系统的低序体阵列描述
• 2.2 相邻体间的有误差位姿特征矩阵变
• 2.3 多轴数控机床的误差建模步骤
• 2.4 HMC63卧式加工中心综合误差建模
• 2.5 本章小结
• 第三章 数控机床各轴定位误差测量实验
• 3.1 定位误差的性质
• 3.2 数控机床位置精度评定标准与计算方法
• 3.3 实验方案及步骤
• 3.4 机床各轴反向间隙补偿
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于加权LS-SVM的数控机床定位误差预测
• 4.1 现有机床单轴轴误差补偿方法及问题
• 4.2 最小二乘支持向量机理论（LS-SVM）
• 4.3 最小二乘支持向量机特点及参数优化方法
• 4.4 基于加权LS-SVM的数控机床各轴定位误差预测
• 4.5 本章小结
• 第五章 误差补偿控制策略研究
• 5.1 机床位置误差补偿策略
• 5.2 基于LS-SVM的机床位置误差补偿验证
• 5.3 误差实时补偿控制策略研究
• 5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果