基于机床误差建模的加工精度预测研究

发布时间：2017-11-28 08:07

  本文关键词：基于机床误差建模的加工精度预测研究

  更多相关文章： 综合误差 误差辨识 误差建模 精度预测

【摘要】：随着先进制造技术不断向更高的层次发展,使得零件的加工质量得到了显著的改善。数控机床是整个机械行业的必备机器,为了权衡机器的整体性能,把其加工精度作为关键衡量项目之一。因此,展开机床误差研究的目的就是为了改善机床整体的加工质量。在机床加工时,机床工作台和刀具必然要产生相对运动,由于影响加工过程的因素多种多样,刀具和工件经过运动到达的实际位置总会和预计位置有所偏差。机床的加工精度就取决于它们之间相对运动的配合程度,相对运动产生的误差越小,加工精度越精确,因此研究机床自身对工件加工质量的影响具有重要的理论和实际意义。利用运动学的建模原理可以对这一误差进行计算。本文在此背景下,以三轴联动机床为研究对象,提出了一种基于机床几何误差模型的加工精度预测方法,结合机床综合误差模型、工艺参数、刀具轨迹等进行加工误差预测,加工表面为端面和圆柱面两种典型的加工面,通过仿真得到了有误差的加工表面及加工精度参数,可为加工路径规划、机床设计等提供理论参考,具体的研究内容有：(1)针对目前机床加工误差建模的发展概况,对国内外研究现状进行总结归纳,指出目前研究存在的不足,正是由于现有研究的不足,使得本课题的研究方向得以明确,并以此为研究思路展开论述。(2)在对机床误差元素建模前,先要明确影响机床加工误差的因素有哪些,以及这些误差对应的误差源是什么。由于误差因素多种多样,将每一项因素都考虑在内是不现实的,因此本文从主要影响因素入手,从运动学的角度对机床几何误差进行了详细分析,概括出26项主要几何误差分量。此外还探讨了误差元素的检测技术,精确的测量技术保障了误差建模及精度预测的数据来源。(3)以齐次坐标变换原理为理论依据,建立了三轴机床典型结构的几何误差数学模型,表述了各部件的误差量是如何通过机床的结构和运动定量地变换为刀具和工件在空间的相对位置关系。为了便于建模需要建立一系列坐标系,研究目标是确定刀具与工件之间的相对位置,它们的相对运动可以用机床运动链中部件的相对运动来描述,这一描述过程即为建模的过程,各误差分量对机床加工精度的影响可以用建立的模型来进行分析和预测,为加工精度预测仿真等工作建立了理论铺垫。(4)通过对误差模型中的误差元素进行有效地检测和辨识才能很好地运用该模型。将模型中的基本误差元素转化为易于测量的部件误差,即可获得各个误差分量。然后对各个误差元素分量进行建模,将获取的离散测量值用数值拟合的方法进行拟合,几何误差分量可以用位移相关的函数来表示,建立的函数只含有位移一个自变量,这种建模方法能直观反映出该误差分量的变化趋势及变化范围,实现了对误差分量的有效预测。(5)根据刀具的几何形状建立了刀具模型,在此基础上根据运动学变换原理,对刀具相对于工件的运动轨迹进行建模,通过引入时间变量,能反映出实际加工中刀具轨迹随时间的变化过程,即可获得任意时刻的刀具位置,并通过对典型加工面进行精度预测仿真,得到理论加工表面和实际加工表面以及精度参数指标,实现了机床加工精度的有效预测。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG502.13

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