基于多体系统运动学理论三坐标数控机床加工误差研究.pdf

山东大学
硕士学位论文
基于多体系统运动学理论的三坐标数控机床加工误差研究
姓名:李轩
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及其自动化
指导教师:冯显英
20091020
摘要一直以来,数控机床加工精度的高低是衡量机床的一项重要指标,随着我国工业和国民经济的迅速发展,提高数控机床的运行精度对保证生产质量具有重要的意义。本文是以提高数控机床的加工精度为研究目标,以误差补偿技术为研究基础,重点研究具有误差补偿功能的数控系统的设计与实现,并利用所开发的误差补偿软件进行了误差补偿实验。本文以多体系统运动学为理论基础,建立了考虑几何误差情况下三坐标数控机床几何误差的数学模型。针对本文的实验对象三坐标铣床给出了具体的建模过程,并叙述了运用叻ǘ曰参蟛畈问谋媸斗椒ǎ频剂丝悸几何误差情况下实现精密加工条件的约束方程。在此基础上,本文进一步详细论述了插补算法和刀具补偿在数控机床误差补偿中的应用,通过对数控系统的工作原理、组成方案以及运作模式的详细分析,并考虑了开放式数控系统体系结构,应用甇设计了具有几何误差补偿功能数控机床误差参数的正确辨识是数控机床误差补偿的前提条件之一。本文借据对机床误差源参数进行了误差参数辨识,利用所开发的误差补偿软件仿真了数控机床加工零件的过程。结果表明,经过误差补偿,本研究在很大程度上提高了关键词多体系统运动学;误差补偿;误差建模;开放式数控系统的数控系统仿真软件。助于双频激光干涉仪对铣床进行了误差参数的实际检测,并应用实验数机床的加工精度,同时也验证了本文的研究方法的正确性。
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⋯撇:码铰敫萌占原创性声明关于学位论文使用授权的声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名:本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅;本人授杖山东大学刮‘以将本学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。C苈畚脑诮饷芎笥ψ袷卮斯娑山东大学硕士学位论文
第滦髀引言数控机床的精度一直以来都是人们最关心的问题之一,因此,数控机床的激动已成为衡量机床性能的一项重要指标。高速、高精度是数控机床发展的一个主要方面,据统计从上世纪中叶至今的年里,机床的加工精度每隔昃吞岣咭倍【俊;布庸ぞǘ鹊母叩椭苯佑跋觳返闹柿浚从υ诒患庸ち慵某叽缇ǘ取影响数控机床加工精度的因素很多,如几何误差、热误差、力误差和随机误差等,其中几何误差对数控机床加工精度的影响最大,能达到%以上【俊H绾渭小机床的加工误差,成为了人们研究的重点和热点问题,目前应用最多的提高数控机床的加工精度有两种基本方法:误差预防法和误差补偿法【。误差预防法是通过设计和制造途径消除或减少可能的误差源,该方法具有很弱点,即机床的性能与造价成几何级数关系增长【俊M保捎谑鼗驳幕垢杂,零部件非常之多,机床的工况复杂等问题,使得单纯采用误差预防法来提高机床的加工精度是十分困难的。而误差补偿法是通过分析影响加工精度的不同误差来源,建立空间误差数学模型,利用前馈预报技术对机械系统误差进行修拢佣岣呋礜ǘ取8方法可用普通的机床加工出高精度的产品,实现“不使用精密加工设备的精密加工’。因此,非常适合于我国制造工业发展现状:即工业底子薄,中、低档数控设备比率较大,且在短期内难以对现有设备进行大量的更新和改造【俊S纱丝蠢矗误差补偿技术对我国数控行业具有重要的意义。本文以三坐标铣床为研究对象,以数控机床精度再生技术为主要的研究内容,重点是针对提高现有数控机床的精度,即立足于前馈预报技术,事先检测出机床的误差状况,然后通过误差计算模块计算出机床精密控制的代码实现对机床的精密控制,以及在未来数控机床生产中拟采用的技术而加以研究的。因此,对本课题的深入研究与应用,不仅有利于我们跟踪世界前沿课题,而且更为重要的是,提出~种创新思维,针对于我国制造业的发展现状,对在岗机床的精度再生提供了重要的技术方法,特别是对我国制造业加工的现状有相当明显的经济效率,并为机床制造者提供一种新的、可行的技术方案。形状精度和相对位置精度上【。大的局限性,即使可能,在经济上的代价也是非常昂贵的。该方法有一个致命的第一章绪论
数控机床误差产生的原因随机误差具有随机性,必须采用“在线检测——闭环补偿”的方法来消除随国内外数控机床误差及开放式数控系统的研究现状普遍认为数控机床的误差有以下几方面的起因【浚驳脑贾圃煳蟛睢K侵赣