五轴数控机床几何误差建模与测量技术

论文摘要

本文以五轴数控机床的几何误差为研究对象,在分析国内外现有误差建模与误差测量研究成果的基础上,建立了五轴数控机床几何误差模型,分析了误差模型中误差项的组成和特点,讨论了误差测量方案的设计和误差参数辨识的方法。分析了国内外数控机床误差建模和误差测量技术的研究现状,比较了各种误差建模方法和误差测量方法的优缺点。并介绍了数控机床的误差来源和类型,重点介绍了几何误差产生的原因和组成。进行了特征定义,描述了两相邻运动体之间的特征关系,建立了相邻体之间的体坐标系和运动参考坐标系,分析了在有误差情况下两相邻体之间的特征变换矩阵,并对特征矩阵进行了分类。介绍了误差建模方法,总结归纳了误差建模的步骤。介绍了数控机床的类型,并着重介绍了五轴数控机床的类型。说明了数控机床坐标轴的定义方法。分析了五轴数控机床的几何误差,建立了机床拓扑结构图,描述了机床的两个误差分支,建立了五轴数控机床几何误差模型,并给出了数控机床一阶误差模型表达式,分析了模型中的误差项。介绍了单项误差的数据拟合方法。通过观察误差模型中误差项的组成和特点,设计了误差测量方案辨识误差参数。本文采用数学方法进行误差参数辨识,减少了误差参数辨识的数目,简化了误差参数辨识过程,提高了效率。根据测量方案推导出了机床误差模型中误差项的数学表达式。根据设计的误差测量方案进行了误差参数辨识的实例。由dX、dY和dZ项的误差测量值辨识了误差模型中的误差参数值,说明了本文设计的误差测量方案可以用于误差参数的求解。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出和意义
• 1.2 数控机床误差建模技术国内外发展现状
• 1.3 数控机床误差测量技术国内外发展现状
• 1.3.1 误差检测
• 1.3.2 误差辨识
• 1.4 提高数控机床加工精度的方法
• 1.4.1 误差防止法
• 1.4.2 误差补偿法
• 1.5 本论文的主要研究工作
• 2 数控机床误差源分析及圆测法
• 2.1 误差的来源与分类
• 2.1.1 误差的来源
• 2.1.2 误差的分类
• 2.2 数控机床几何误差描述
• 2.2.1 几何误差的定义
• 2.2.2 几何误差的组成
• 2.3 圆测法简介
• 2.4 本章小结
• 3 数控机床误差建模分析
• 3.1 误差特征描述
• 3.2 特征变换矩阵描述
• 3.2.1 坐标变换原理简介
• 3.2.2 实际情况下相邻运动体之间的特征变换矩阵
• 3.3 误差模型描述
• 3.4 误差建模步骤
• 3.5 本章小结
• 4 五轴数控机床几何误差建模
• 4.1 数控机床类型
• 4.2 数控机床坐标轴的命名
• 4.3 五轴数控机床几何误差建模实例
• 4.3.1 五轴数控机床几何误差描述
• 4.3.2 五轴数控机床拓扑结构图
• 4.3.3 建立五轴数控机床几何误差模型
• 4.3.4 分析机床误差模型
• 4.4 本章小结
• 5 五轴数控机床几何误差参数辨识
• 5.1 单项误差的数据拟合方法
• 5.2 辨识几何误差参数
• 5.2.1 辨识dX项误差参数
• 5.2.2 辨识dY项误差参数
• 5.2.3 辨识dZ项误差参数
• 5.3 本章小结
• 6 五轴数控机床几何误差参数辨识实例
• 6.1 辨识dX项误差参数
• 6.2 辨识dY项误差参数
• 6.3 辨识dZ项误差参数
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢