卧式车铣复合机床的精度检测和误差补偿

论文摘要

复合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,正越来越受到机床行业的重视,复合机床已经成为当今数控机床的一个重要发展方向。数控机床的加工精度是衡量数控机床工作性能的重要指标,对数控机床的精度问题进行研究是现代制造技术研究的基础工作之一。西安理工大学机械自动化研究所自主研发的卧式车铣复合加工中心—HC-80,它将车削功能、铣削功能、磨削功能集于一体,具有车、铣、钻、镗、攻丝、磨等多种加工功能。论文着眼于分析、评价和提高HC-80车铣复合机床的加工精度,使其成为具有高精、高效和高柔性的先进复合加工设备。论文分析了影响车铣复合加工中心——HC-80加工精度的误差来源,提出了提高HC-80机床加工精度的误差补偿的步骤和方法。以多体系统运动学分析理论体系为基础,以齐次坐标变换矩阵来描述多体间的相对位置和姿态关系,建立了该机床的车削部分、铣削部分和磨削部分的多体系统运动学空间误差数学模型;利用RENISHAW激光干涉仪检测了机床的几何误差和运动误差,并且对检测得到的各项误差进行辨识和数据分析;应用误差补偿技术对机床进行了误差补偿,通过精度检测实验,验证了误差补偿方法的有效性。本课题的研究对改善多轴数控机床的加工精度、提高制造科学的研究水平,推动制造科学的发展具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 复合机床和机床数控系统的研究现状
• 1.2.1 复合机床的发展
• 1.2.2 数控系统的发展
• 1.3 提高数控机床加工精度的主要途径
• 1.3.1 误差防止
• 1.3.2 误差补偿
• 1.4 本课题的目的及意义
• 1.5 本课题的内容
• 2 多体系统误差分析理论及误差运动综合数学建模
• 2.1 误差补偿技术研究
• 2.1.1 误差源的检测和分析
• 2.1.2 误差运动综合数学模型的建立
• 2.1.3 误差元素的辨识和建模
• 2.1.4 误差补偿的执行
• 2.1.5 误差补偿效果的评价
• 2.2 多体系统理论
• 2.2.1 多体系统的描述方法
• 2.2.2 典型体的几何描述
• 2.3 基于多体系统理论的特征变换矩阵
• 2.3.1 理想运动的变换矩阵
• 2.3.2 实际运动的变换矩阵
• 2.3.3 机床托板运动表达的变换矩阵
• 2.4 车铣复合机床误差运动建模实例
• 2.4.1 机床误差运动建模的基本步骤
• 2.4.2 车削部分的误差运动建模
• 2.4.3 铣削部分的误差运动建模
• 2.4.4 磨削部分的误差运动建模
• 2.5 小结
• 3 HC-80车铣复合机床的精度检测和误差识别
• 3.1 HC-80的精度检验项目
• 3.1.1 HC-80的几何精度检验项目
• 3.1.2 定位精度和重复定位精度检验项目
• 3.2 几何精度的检验与误差识别
• 3.2.1 车削主轴误差的检测和识别
• 3.2.2 C轴线和 X轴的垂直度误差的检测
• 1轴的垂直度误差的检测'>3.2.3 C轴线和 Y₁轴的垂直度误差的检测
• 2轴和 Y₁轴的垂直度误差的检测'>3.2.4 X₂轴和 Y₁轴的垂直度误差的检测
• 3.3 直线位置精度检测和误差识别
• 3.3.1 直线位置精度评定
• 3.3.2 RENISHAW激光干涉仪线性测量原理
• 3.3.3 直线位置精度的检测
• 3.4 角度的精度检测和误差识别
• 3.4.1 RENISHAW激光干涉仪角度测量原理
• 1运动轴线的角度偏差'>3.4.2 X₁运动轴线的角度偏差
• 1运动轴线的俯仰偏差和扭摆偏差测量及结果'>3.4.3 X₁运动轴线的俯仰偏差和扭摆偏差测量及结果
• 3.5 直线度误差的检测
• 3.5.1 RENISHAW激光干涉仪直线度测量原理
• 1线性轴在 XY平面和 XZ平面直线度检测及结果'>3.5.2 X₁线性轴在 XY平面和 XZ平面直线度检测及结果
• 3.6 回转轴的精度检测和误差识别
• 3.6.1 Renishaw激光干涉仪回转轴校准原理和检测方法
• 3.6.2 B轴的回转精度检测
• 3.7 RENISHAW激光干涉仪的测量误差分析
• 3.8 小结
• 4 HC-80车铣复合机床的误差补偿实验
• 4.1 概述
• 4.2 数控加工机床空间误差补偿原理
• 4.3 直线位置误差补偿及补偿后的直线位置精度测量
• 4.3.1 定位误差的补偿
• 4.3.2 反向偏差的补偿
• 4.3.3 补偿后的位置精度的测量结果
• 4.4 二维丝杠误差补偿
• 4.5 回转轴的误差补偿实验
• 4.6 小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文