数控加工中心旋转轴几何误差测量及建模方法研究
发布时间：2021-11-16 02:47
在基础制造装备领域,五轴数控机床由于其优越的加工性能而显得越来越重要。五轴数控机床包括移动轴和旋转轴,对于移动轴几何误差的测量与建模已有相对比较成熟的理论和方法,而对于旋转轴,目前缺少一种系统的研究方案。为此,本课题致力于研究五轴加工中心旋转轴几何误差测量和建模,并进行几何误差测量实验,为改善机床精度奠定基础。本文开展了以下研究内容:（1）提出了五轴数控机床单旋转轴和双旋转轴几何误差测量实验方案。一种是利用标准轴测量工作台中心定位孔的三项跳动误差;另一种是利用雷尼绍XL-80激光干涉仪测量旋转工作台的转角定位误差、轴向窜动误差以及径向跳动误差。通过几何误差辨识方法将其转化为C旋转轴的六项基本几何误差。标准轴测量结果作为修正激光测量误差的参考,从而得到激光干涉仪测量方案所引入误差大小,为提高误差测量精度提供理论依据。利用雷尼绍XL-80激光干涉仪设计了同时测量两个旋转轴的4项位置误差以及4项垂直度误差测量实验方案,为后续研究五轴加工中心其它运动轴的误差测量方案以及机床几何误差补偿奠定了理论基础。（2）基于微分变换法建立数控机床41项几何误差、BC双旋转轴20项几何误差数学模型。首先,在齐...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BC混合式
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-机床空间综合误差，并且进行了加工中心的误差灵敏度分析，以三轴加工中心和五轴联动数控机床为实例，进行了误差建模以及两者的误差灵敏度对比。1.2.3五轴机床几何误差测量研究现状五轴数控机床几何误差综合数学模型的精度高低取决于相应的空间误差建模方法的准确性以及误差测量方法的精度，而几何误差测量是利用高精度测量仪器设计相应的测量方法对机床的空间误差进行测量辨识，因此所使用的测量方法与测量仪器的精度直接影响到数控机床几何误差精度预测。纵观目前国内外现有的研究现状可知，误差辨识采用的测量仪器主要有激光干涉仪、球杆仪、激光跟踪仪、R-test等。2000年，国外的Okafor等人利用Renishaw公司生产的He-Ne激光干涉仪配合温度补偿器进行三轴立式加工中心的精度表征，测量了在温度变化情况下的线性位移误差[8]和角度转动误差[9]两部分，但是仅仅针对线性移动轴X、Y、Z的角度俯仰和扭摆误差进行测量（如图1-5所示），测量方案还需进一步完善。图1-5测量角度误差原理图2013年，Lee等人[30]采用激光干涉仪检测机床的垂直度误差，并对测量过程中由于垂直度光学镜组引入的阿贝误差进行分析，采用相应的数学方法计算出阿贝误差的大小，该方法可对机床全行程内进行垂直度误差精确测量[30]。同年，LeeKI等人[31]基于球杆仪检测出五轴数控机床AC旋转轴的与位置无关的4项垂直度误差和4项位置误差并进行了误差补偿实验，通过测量辨识结果的标准不确定度分析来计算它们的置信区间，该方法只需两种测量路径即可
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-辨识出旋转轴的2项垂直度项误差和2项位置误差，且整个测量过程只需运行单一被测旋转轴，不会引入其它运动轴的几何误差。2015年，日本京都大学Ibaraki等人[32]基于多点定位原则结合4个激光跟踪仪检测出加工中心的三维空间误差，检测原理如图1-6所示。通过相应的算法直接求得目标位置的三维坐标，接着根据坐标结果计算出几何误差模型中的误差参数。该方法的不足之处是测量辨识结果会引入4个激光跟踪仪的安装误差，存在一定的缺陷。该团队又对校准五轴机床旋转轴几何误差进行加工试验[33]，设计了基于光学系统的旋转轴几何误差测量方案[34]。Mchichi[35]使用SAMBA方法对五轴机床的几何误差进行校准。Dimovski[36]分析了每个几何误差对机床总位移误差的影响。图1-6多点定位测量法原理图在旋转轴的几何误差测量方面，2015年何振亚和傅建中等人[37]提出一种基于双路激光的C旋转工作台6项基本几何误差测量方案，通过设计相应的光学镜组安装方案完成6项几何误差测量，但是没有对转台仪的安装误差进行分析，有待于进一步完善。同年，何振亚[38]基于球杆仪设计了两种不同测量路径，在无需几何误误差模型的基础上即可辨识出机床C旋转轴的转角定位误差，且通过仿真与实验相结合的方式证明该方法的正确性。该方案的不足之处是未对球杆仪工具球的安装误差进行分析。2015年，吉林大学张恩忠等人[39]首先利用多体系统理论建立了研抛机床的空间误差模型，接着采用RenishawXL-80激光干涉仪对几何误差进行测量辨识分析，指出误差测量间距值对测量结果没有影响，线性位移误差对误差模型影响较大，而角度转动误差基本影响不大。华中科技大学Yang等人[41]基于旋量理论提出一种数控机床旋转轴与位置无关的几何误差辨识与修正方?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于球杆仪位姿的机床回转台几何误差辨识研究[J]. 梁莹莹,梁睿君,王庆伦,黄江峰. 机械与电子. 2017(02)
[2]基于圆检验的数控机床几何误差辨识[J]. 王民,李家富,昝涛,马钢建,周霜. 北京工业大学学报. 2017(01)
[3]光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿[J]. 张恩忠,赵继,冀世军,林洁琼,李刚. 光学精密工程. 2015(06)
[4]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)
[5]基于激光跟踪仪的五轴机床旋转轴误差测量[J]. 殷建,李明. 中国激光. 2015(04)
[6]基于切比雪夫多项式的数控机床几何误差参数化建模[J]. 郭然,付国强,孙磊,傅建中. 农业机械学报. 2015(05)
[7]车铣复合加工中心综合误差检测及补偿策略[J]. 谢春,张为民. 光学精密工程. 2014(04)
[8]基于空间误差模型的加工中心几何误差辨识方法[J]. 粟时平,李圣怡,王贵林. 机械工程学报. 2002(07)
[9]可补偿任意结构数控机床几何误差的通用后置处理[J]. 何耀雄,周云飞,周济. 应用科学学报. 2002(01)
博士论文
[1]光学自由曲面多轴精密加工机床几何误差测量及补偿方法[D]. 彭伟超.广东工业大学 2018
[2]多轴精密数控机床误差测量、综合建模及补偿技术的研究[D]. 张恩忠.吉林大学 2017
[3]基于效率优化的五轴联动机床几何误差测量及补偿方法研究[D]. 蒋周翔.华中科技大学 2016
[4]基于指数积理论和坐标系微分运动关系的数控机床几何误差建模与补偿方法研究[D]. 付国强.浙江大学 2016
[5]多轴数控机床准静态空间误差建模及误差辨识方法研究[D]. 章婷.南京航空航天大学 2016
[6]五轴数控机床几何与热致空间误差检测辨识及模型研究[D]. 何振亚.浙江大学 2014
[7]多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究[D]. 粟时平.中国人民解放军国防科学技术大学 2002
硕士论文
[1]基于R-test测量仪的五轴数控机床旋转轴几何误差测量及辨识[D]. 张历记.西南交通大学 2018
[2]五轴数控机床几何误差建模、检测及补偿[D]. 梁莹莹.南京航空航天大学 2017
[3]多轴数控机床几何误差辨识与补偿技术研究[D]. 刘建军.西南交通大学 2012
本文编号：3498022
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
BC混合式
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-7-机床空间综合误差，并且进行了加工中心的误差灵敏度分析，以三轴加工中心和五轴联动数控机床为实例，进行了误差建模以及两者的误差灵敏度对比。1.2.3五轴机床几何误差测量研究现状五轴数控机床几何误差综合数学模型的精度高低取决于相应的空间误差建模方法的准确性以及误差测量方法的精度，而几何误差测量是利用高精度测量仪器设计相应的测量方法对机床的空间误差进行测量辨识，因此所使用的测量方法与测量仪器的精度直接影响到数控机床几何误差精度预测。纵观目前国内外现有的研究现状可知，误差辨识采用的测量仪器主要有激光干涉仪、球杆仪、激光跟踪仪、R-test等。2000年，国外的Okafor等人利用Renishaw公司生产的He-Ne激光干涉仪配合温度补偿器进行三轴立式加工中心的精度表征，测量了在温度变化情况下的线性位移误差[8]和角度转动误差[9]两部分，但是仅仅针对线性移动轴X、Y、Z的角度俯仰和扭摆误差进行测量（如图1-5所示），测量方案还需进一步完善。图1-5测量角度误差原理图2013年，Lee等人[30]采用激光干涉仪检测机床的垂直度误差，并对测量过程中由于垂直度光学镜组引入的阿贝误差进行分析，采用相应的数学方法计算出阿贝误差的大小，该方法可对机床全行程内进行垂直度误差精确测量[30]。同年，LeeKI等人[31]基于球杆仪检测出五轴数控机床AC旋转轴的与位置无关的4项垂直度误差和4项位置误差并进行了误差补偿实验，通过测量辨识结果的标准不确定度分析来计算它们的置信区间，该方法只需两种测量路径即可
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-辨识出旋转轴的2项垂直度项误差和2项位置误差，且整个测量过程只需运行单一被测旋转轴，不会引入其它运动轴的几何误差。2015年，日本京都大学Ibaraki等人[32]基于多点定位原则结合4个激光跟踪仪检测出加工中心的三维空间误差，检测原理如图1-6所示。通过相应的算法直接求得目标位置的三维坐标，接着根据坐标结果计算出几何误差模型中的误差参数。该方法的不足之处是测量辨识结果会引入4个激光跟踪仪的安装误差，存在一定的缺陷。该团队又对校准五轴机床旋转轴几何误差进行加工试验[33]，设计了基于光学系统的旋转轴几何误差测量方案[34]。Mchichi[35]使用SAMBA方法对五轴机床的几何误差进行校准。Dimovski[36]分析了每个几何误差对机床总位移误差的影响。图1-6多点定位测量法原理图在旋转轴的几何误差测量方面，2015年何振亚和傅建中等人[37]提出一种基于双路激光的C旋转工作台6项基本几何误差测量方案，通过设计相应的光学镜组安装方案完成6项几何误差测量，但是没有对转台仪的安装误差进行分析，有待于进一步完善。同年，何振亚[38]基于球杆仪设计了两种不同测量路径，在无需几何误误差模型的基础上即可辨识出机床C旋转轴的转角定位误差，且通过仿真与实验相结合的方式证明该方法的正确性。该方案的不足之处是未对球杆仪工具球的安装误差进行分析。2015年，吉林大学张恩忠等人[39]首先利用多体系统理论建立了研抛机床的空间误差模型，接着采用RenishawXL-80激光干涉仪对几何误差进行测量辨识分析，指出误差测量间距值对测量结果没有影响，线性位移误差对误差模型影响较大，而角度转动误差基本影响不大。华中科技大学Yang等人[41]基于旋量理论提出一种数控机床旋转轴与位置无关的几何误差辨识与修正方?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于球杆仪位姿的机床回转台几何误差辨识研究[J]. 梁莹莹,梁睿君,王庆伦,黄江峰. 机械与电子. 2017(02)
[2]基于圆检验的数控机床几何误差辨识[J]. 王民,李家富,昝涛,马钢建,周霜. 北京工业大学学报. 2017(01)
[3]光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿[J]. 张恩忠,赵继,冀世军,林洁琼,李刚. 光学精密工程. 2015(06)
[4]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)
[5]基于激光跟踪仪的五轴机床旋转轴误差测量[J]. 殷建,李明. 中国激光. 2015(04)
[6]基于切比雪夫多项式的数控机床几何误差参数化建模[J]. 郭然,付国强,孙磊,傅建中. 农业机械学报. 2015(05)
[7]车铣复合加工中心综合误差检测及补偿策略[J]. 谢春,张为民. 光学精密工程. 2014(04)
[8]基于空间误差模型的加工中心几何误差辨识方法[J]. 粟时平,李圣怡,王贵林. 机械工程学报. 2002(07)
[9]可补偿任意结构数控机床几何误差的通用后置处理[J]. 何耀雄,周云飞,周济. 应用科学学报. 2002(01)
博士论文
[1]光学自由曲面多轴精密加工机床几何误差测量及补偿方法[D]. 彭伟超.广东工业大学 2018
[2]多轴精密数控机床误差测量、综合建模及补偿技术的研究[D]. 张恩忠.吉林大学 2017
[3]基于效率优化的五轴联动机床几何误差测量及补偿方法研究[D]. 蒋周翔.华中科技大学 2016
[4]基于指数积理论和坐标系微分运动关系的数控机床几何误差建模与补偿方法研究[D]. 付国强.浙江大学 2016
[5]多轴数控机床准静态空间误差建模及误差辨识方法研究[D]. 章婷.南京航空航天大学 2016
[6]五轴数控机床几何与热致空间误差检测辨识及模型研究[D]. 何振亚.浙江大学 2014
[7]多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究[D]. 粟时平.中国人民解放军国防科学技术大学 2002
硕士论文
[1]基于R-test测量仪的五轴数控机床旋转轴几何误差测量及辨识[D]. 张历记.西南交通大学 2018
[2]五轴数控机床几何误差建模、检测及补偿[D]. 梁莹莹.南京航空航天大学 2017
[3]多轴数控机床几何误差辨识与补偿技术研究[D]. 刘建军.西南交通大学 2012
本文编号：3498022
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