10线法辨识三轴数控机床几何误差及误差补偿研究

论文摘要

误差补偿是提高数控机床精度的有效方法之一,本文针对误差补偿技术中的误差检测与误差建模技术展开了一系列研究。本文提出了一种新型的数控机床误差10线辨识法,该法利用激光多普勒干涉仪检测数控机床10条特定直线上的位移误差,即可辨识出机床全部的21项几何误差参数;与其他的误差辨识法相比,该法摒弃了不规范的假设条件,并且测量线路少,光路调整容易,操作步骤简单,能极大提高检测效率。本文研究的对象为V-60A三轴数控立式加工中心。在利用10线法检测完所有几何误差参数之后,对该数控加工中心的机械结构进行了抽象简化工作,通过引入多体系统动力学理论对其进行了拓扑结构分析,并结合该加工中心的实际情况建立了空间几何误差计算模型;利用该误差模型分析了误差从机床本体传递到刀具和工件之间的规律,基于该误差计算模型和检测出的几何误差值,得出了刀具在空间离散点上实际位置与理想位置之间的空间误差值,通过对误差点进行多项式插值,模拟出了该加工中心在加工平面时的刀具误差变化轨迹。在分析出误差变化规律的基础上,通过修正数控加工程序对机床的几何误差进行了补偿,经实际加工检验,补偿后的机床加工精度提高了65%左右,取得了理想的结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 目前机床运动误差的各种检测方法比较
• 1.2.2 机床误差建模方法研究现状
• 1.2.3 目前误差补偿技术中存在的问题
• 1.3 论文研究意义与目的
• 1.4 主要研究工作内容
• 第二章 基于10线法的机床几何误差检测
• 2.1 数控机床误差分类
• 2.2 多轴数控机床的几何误差源
• 2.3 误差测量实验方案的设计
• 2.3.1 目前几种误差检测方法介绍
• 2.3.2 10 线参数辨识法测量原理介绍
• 2.4 数控机床几何误差的检测实验
• 2.4.1 实验仪器技术指标
• 2.4.2 测量10条直线的定位误差
• 2.4.3 原始误差数据的处理
• 2.4.4 21 项几何误差参数辨识
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于多体系统动力学的三轴数控加工中心误差建模
• 3.1 多体系统动力学原理介绍
• 3.1.1 多体系统基本结构和低序体阵列
• 3.1.2 多体系统中相邻体及其变换矩阵
• 3.1.3 无误差时坐标系间位置关系的表示
• 3.1.4 有误差时坐标系间位置关系的表示
• 3.2 相邻体间变换矩阵的推导
• 3.2.1 理想情况相邻体间变换矩阵
• 3.2.2 典型体上给定点理想位置的表达
• 3.2.3 有误差情况典型体上给定点实际位置方程
• 3.3 基于多体系统动力学的三轴数控加工中心实际建模
• 3.4 本章小结
• 第四章 机床空间误差计算及其补偿
• 4.1 机床空间误差值的计算
• 4.1.1 空间误差的定义
• 4.1.2 空间误差的计算
• 4.2 预测加工精度
• 4.2.1 平面加工精度预测
• 4.2.2 对误差点进行多项式插值
• 4.3 机床加工误差补偿
• 4.3.1 机床加工误差补偿概述
• 4.3.2 数控加工程序的修正
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果