考虑误差耦合的数控机床空间误差建模、辨识及多层误差溯源研究

发布时间：2021-05-12 09:47

　　数控机床的几何误差是机床系统固有的准静态误差,是决定机床整机精度的重要误差因素之一。可根据各几何误差对终端误差的作用,通过补偿综合空间误差来提升数控机床的精度;另一方面,研究空间误差与制造装配误差的关系,可从设计制造的角度来提升机床的空间精度,且降低成本。目前机床的空间误差模型中未考虑几何误差耦合（如定位误差、直线度误差和角度误差耦合）因素,空间误差补偿效果并不理想。在几何误差测量与辨识时仍存在一些问题需要完善,如针对特殊情况下的几何误差测量与辨识的精度、效率、可行性等还未达到实际需求。核心零部件如移动滑台组件的误差传递机理尚未明确,使得对机床的空间误差溯源分析时难以考虑具体的装配几何误差等。本文以数控机床的空间精度为核心,对数控机床的空间误差建模、误差测量与辨识和溯源等方面的关键问题开展研究,对于实现机床合理的设计、制造和补偿,提升数控机床的精度,具有重要的理论意义和应用价值。主要研究内容如下:（1）数控机床空间误差的建模理论与方法。首先分析了旋量理论在建立数控机床的空间误差模型中的应用,并比较分析采用传统的齐次坐标变换理论进行建模的不足之处。在空间误差补偿时,使用传统的未考虑几何误... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景及目的和意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 数控机床空间误差建模理论与方法
        1.3.2 数控机床几何误差测量与辨识
        1.3.3 数控机床空间误差溯源分析
    1.4 本文主要研究内容及架构
2 基于旋量理论的数控机床空间误差建模
    2.1 引言
    2.2 旋量理论运动学理论及应用
        2.2.1 旋量理论在误差建模中的应用
        2.2.2 传统齐次坐标变换建模方法的比较
    2.3 三轴数控机床的旋量理论空间误差模型
        2.3.1 运动链与误差分析
        2.3.2 未考虑几何误差耦合的空间误差模型
        2.3.3 考虑几何误差耦合的空间误差模型
        2.3.4 空间误差模型的实验验证
    2.4 多轴数控机床的旋量理论空间误差模型
        2.4.1 运动链与几何误差分析
        2.4.2 全局坐标系下的空间误差模型
    2.5 本章小结
3 考虑难辨识及耦合误差的机床几何误差辨识方法
    3.1 引言
    3.2 单轴位置相关几何误差测量与辨识
        3.2.1 移动轴几何误差辨识方法
        3.2.2 转动轴几何误差辨识方法
    3.3 轴间垂直度误差测量与辨识
        3.3.1 考虑两轴几何误差耦合的垂直度误差辨识方法
        3.3.2垂直度误差辨识实验
    3.4 本章小结
4 数控机床空间误差的多层误差溯源
    4.1 引言
    4.2 移动轴装配几何误差传递关系建模
        4.2.1 移动轴装配结构与几何误差分析
        4.2.2 移动轴误差传递关系建模研究
    4.3 精密机床移动轴误差传递实验验证
    4.4 空间误差的多层误差溯源分析
        4.4.1 空间误差的多层误差溯源与误差分布
        4.4.2 多层误差参数的灵敏度分析
        4.4.3 空间误差的装配几何误差分配
    4.5 本章小结
5 数控机床空间误差补偿应用案例验证
    5.1 引言
    5.2 三轴数控机床空间误差补偿
        5.2.1 μ2000/800H型精密数控机床的空间误差补偿
        5.2.2 HMC63 型精密数控机床的空间误差补偿
    5.3 大型多轴数控机床空间误差补偿
        5.3.1 空间误差补偿的反解算法
        5.3.2 几何误差测量与辨识
        5.3.3 空间误差测量与补偿
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 研究展望
致谢
参考文献
附录1 :攻读博士学位期间发表的学术论文
附录2 :攻读博士学位期间申报的发明专利
附录3 :HMC63 卧加体对角线的第三方检测报告结果


【参考文献】：
期刊论文
[1]五轴数控机床的运动控制建模及精度提高方法研究[J]. 杨吉祥,陈幼平,Yusuf Altintas.  金属加工(冷加工). 2017(11)
[2]数控机床体积误差激光分步体对角线测量的优化方法[J]. 黄奕乔,杨建国.  组合机床与自动化加工技术. 2017(02)
[3]数控机床旋转轴转角定位误差测量方法[J]. 何振亚,傅建中,徐月同.  浙江大学学报(工学版). 2015(05)
[4]数控机床旋转轴误差的快速测量与辨识新方法[J]. 林述温,吴城汀,林清锋.  中国机械工程. 2014(09)
[5]基于多体系统理论的五轴数控机床空间几何误差建模[J]. 曹力,钟建琳,米洁.  机械研究与应用. 2014(02)
[6]基于微分变换的数控机床几何误差建模的研究[J]. 陈剑雄,林述温.  工具技术. 2013(08)
[7]数控机床几何精度综合解析与试验研究[J]. 韩飞飞,赵继,张雷,赵帼娟,冀世军.  机械工程学报. 2012(21)
[8]TTTRR型五轴数控机床通用几何误差补偿关键技术的研究[J]. 范晋伟,宋贝贝,王称心,王晓峰.  机械设计与制造. 2012(05)
[9]基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法[J]. 程强,刘广博,刘志峰,玄东升,常文芬.  机械工程学报. 2012(07)
[10]数控机床误差检测技术新进展[J]. 杨帆,杜正春,杨建国,洪迈生.  制造技术与机床. 2012(03)

博士论文
[1]数控机床多误差元素综合补偿及应用[D]. 范开国.上海交通大学 2012
[2]双转台五轴数控机床误差的动态实时补偿研究[D]. 张宏韬.上海交通大学 2011



本文编号：3183196