数控机床定位精度研究

论文摘要

数控机床定位精度是机床的运动部件在数控系统控制下运动所能达到的位置精度,它与机床的加工能力密切相关。目前国内外在数控机床精度和定位精度的研究方面做了大量工作,然而理论成果在实际应用中仍然存在一定的局限性。本文在充分了解和分析国内外关于数控机床精度和定位精度方面研究和应用成果的基础上,通过理论分析和实验论证,针对TH65100×100A型卧式加工中心定位精度超差的问题,找出其根源,指导企业进行修复,解决困扰企业生产的技术难题。生产中影响定位精度的因素有很多,针对TH65100×100A加工中心的具体结构,主要有全闭环进给伺服系统的误差、生产现场的干扰、热误差以及导轨几何精度的影响等。通过逐一加以分析排除,讨论测量系统误差,指出导轨几何误差尤其是直线度误差与机床定位精度超差直接相关。经分析计算,明确了直线度误差对定位误差的影响程度。结合实践中观察到的导轨几何精度走失现象,进一步分析了引起导轨变形的根源在于机床立柱底座结构设计上的缺陷即排屑槽的存在导致底座刚度减弱以及未获得有效消除的残余应力。在对导轨进行修复的过程中,采用了安装桥架以提高底座刚度的新方法。最后通过一系列对比实验表明伴随导轨直线度误差的改善,机床的定位精度明显提高。实验直接验证了导轨直线度对机床最终定位精度的重要影响。本研究得到的结论及使用的方法对于同行业也有参考和借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本研究的目的与意义
• 1.2 国内外现有研究成果综述
• 1.2.1 机床精度建模技术
• 1.2.2 机床精度检测技术
• 1.2.3 误差补偿技术
• 1.2.4 热误差补偿研究现状
• 1.3 本课题来源的背景
• 1.4 本课题完成的主要工作
• 1.5 本论文组成
• 第2章 定位精度的检测及测量误差分析
• 2.1 定位精度标准及其相关
• 2.1.1 现行国内外数控机床定位精度的测量标准
• 2.1.2 国标对于数控机床定位精度评定及测量方法的规定
• 2.2 激光干涉仪的测量原理和方法
• 2.3 实际应用中的测量方案
• 2.4 激光干涉仪的测量误差分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 生产现场影响定位精度的因素分析
• 3.1 伺服进给系统误差分析
• 3.1.1 反向间隙误差与丝杠螺距误差的影响
• 3.1.2 全闭环进给系统结构及误差分析
• 3.1.3 SINUMERIK840D 的定位精度补偿
• 3.1.3.1 螺距误差与反向间隙误差补偿原理及应用
• 3.1.3.2 西门子数控系统误差补偿方法
• 3.1.3.3 误差补偿时需要注意的问题
• 3.2 干扰对定位精度影响的分析
• 3.2.1 生产中常见的干扰源
• 3.2.2 抗干扰措施
• 3.2.3 实际应用中的解决方案
• 3.3 热误差对定位精度影响的分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 导轨几何误差对定位精度影响的分析
• 4.1 机床床身导轨精度及其对机床精度的影响
• 4.1.1 床身导轨精度
• 4.1.2 导轨精度对机床精度的影响
• 4.2 导轨结构及精度实际情况
• 4.3 导轨间平行度对定位精度的影响分析
• 4.4 导轨直线度对定位精度的影响分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 导轨几何误差产生的根源及对策
• 5.1 残余应力对几何精度走失的影响
• 5.1.1 机械加工应力引起的结构变形
• 5.1.2 装配过程中的残余应力及其对结构变形的影响
• 5.1.2.1 组装中的残余应力
• 5.1.2.2 连接中的残余应力
• 5.1.2.3 残余应力与变形
• 5.2 残余应力的消除措施
• 5.3 生产中引起导轨几何精度走失的主要原因
• 5.4 提高立柱底座弯曲刚度的措施
• 5.5 导轨几何精度改善前后定位精度对比实验
• 5.6 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录
• 附录B 项目验收报告