数控机床三维空间误差建模及补偿研究

发布时间：2017-05-13 16:21

  本文关键词：数控机床三维空间误差建模及补偿研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 随着现代制造技术的不断发展,对精密加工技术提出了更高要求。误差补偿已成为提高机床精度和改善机床性能的重要途径之一。因此,对数控机床三维空间误差补偿技术进行研究具有十分重要的意义。结合国家自然科学基金资助项目“高速机床运动部件多孔金属拓扑可调热结构新构型的研究”(No.50675199)和“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项“基于敏感点监测的闭环动态综合补偿技术”(No.2009ZX04014-026)的研究任务和国内外研究现状,本学位论文采用理论研究、计算机仿真与实验研究相结合的研究方法对数控机床三维空间误差的建模及补偿技术进行了研究。取得的主要研究成果归纳如下: 通过对多体系统理论的休斯敦方法的研究,以三轴立式数控机床为例,分析计算其拓扑结构及低序体阵列、机床约束条件和误差变换矩阵等,建立了具有简洁方便、程式化和通用性好等优点的数控机床三维空间误差模型。 分析了9线法、12线法和分步对角矢量测量等方法,揭示了激光分步对角矢量测量方法与误差模型的内在关系,重点探讨了误差分离技术,并推导了各项误差源的计算方法,即线性定位误差、直线度误差、偏角误差和垂直度误差。 重点研究浙大自主研发的开放式数控系统的三维空间误差补偿功能,提出了空间三维补偿表的补偿细化和精化的补偿思路,建立了机床工作空间与空间误差的映射模型和三维补偿表,为实现精确的误差补偿奠定了基础。 开发了数控机床三维空间误差的快速分析软件,集成了建模、测量及补偿于一体。其功能包括分析处理测量数据、分离各项误差源、可视化结果,并且针对不同的控制系统生成相应的补偿文件等。并通过仿真实验验证了分析软件平台的可靠性和快速性。 最后,展开了数控机床三维空间误差补偿实验,传统激光测量与激光分步对角矢量测量的对照实验和基于开放式数控系统的空间三维位置补偿实验。 实验结果表明:本论文建立的三维空间误差模型、推导的误差分离技术和基于三维补偿表的位置补偿方法是行之有效的。
【关键词】：数控机床 三维空间误差 多体系统理论 误差建模 矢量测量 误差补偿 软件开发
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TG659
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景及意义10
• 1.2 机床三维空间误差10-12
• 1.3 数控机床空间误差研究现状12-15
• 1.3.1 国外研究现状12-13
• 1.3.2 国内研究现状13-15
• 1.4 数控机床空间误差补偿发展趋势15-16
• 1.5 论文的课题来源和主要研究内容16-18
• 1.5.1 论文课题来源16
• 1.5.2 论文总体框架16-17
• 1.5.3 论文主要内容17-18
• 2 基于多体系统理论的数控机床三维空间误差建模18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 多体系统理论18-26
• 2.2.1 多体系统理论提出背景18-19
• 2.2.2 拓扑结构及低序体阵列19-21
• 2.2.3 系统中典型物体的描述21
• 2.2.4 变换矩阵表达方式21-23
• 2.2.5 Denavit-Hartenberg矩阵23-26
• 2.3 数控机床的三维空间误差建模26-29
• 2.3.1 数控机床的拓扑结构分析26
• 2.3.2 数控机床的结构约束条件26-27
• 2.3.3 数控机床误差传递矩阵27-28
• 2.3.4 数控机床三维空间误差数学模型28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 数控机床三维空间误差测量方法30-44
• 3.1 引言30
• 3.2 传统测量方法30-33
• 3.2.1 9线法31
• 3.2.2 12线法31-32
• 3.2.3 对角线位移测量32-33
• 3.3 激光分步对角矢量测量方法33-39
• 3.3.1 多普勒效应33-35
• 3.3.2 测量原理35-39
• 3.4 误差分离技术39-42
• 3.4.1 反向间隙41
• 3.4.2 垂直度误差41-42
• 3.4.3 定位误差、直线度误差和角度误差42
• 3.5 对比优缺点42-43
• 3.5.1 误差测量方法42-43
• 3.5.2 数据处理方面43
• 3.6 本章小结43-44
• 4 数控机床三维空间误差补偿技术44-53
• 4.1 引言44
• 4.2 补偿相关概念44-45
• 4.2.1 补偿的分类44-45
• 4.2.2 三维空间误差补偿45
• 4.3 补偿原理流程设计45-46
• 4.4 三维空间误差补偿表的建立46-52
• 4.4.1 可编程多轴控制器PMAC47-48
• 4.4.2 PMAC位置补偿48-51
• 4.4.3 空间误差与三维表映射关系51-52
• 4.5 本章小节52-53
• 5 数控机床三维空间误差分析软件开发53-59
• 5.1 引言53
• 5.2 软件开发设计53-56
• 5.2.1 软件模块及功能分析53-54
• 5.2.2 软件流程图54-55
• 5.2.3 软件界面设计55-56
• 5.3 仿真实验56-58
• 5.3.1 仿真实验设计56-57
• 5.3.2 仿真结果分析57-58
• 5.4 本章小结58-59
• 6 数控机床三维空间误差补偿实验59-69
• 6.1 引言59
• 6.2 测量标准59-60
• 6.3 实验一60-64
• 6.3.1 实验设备61-62
• 6.3.2 实验步骤62
• 6.3.3 结果分析及讨论62-64
• 6.3.4 结论64
• 6.4 实验二64-68
• 6.4.1 实验设备64-65
• 6.4.2 实验步骤65
• 6.4.3 结果分析及讨论65-68
• 6.4.4 结论68
• 6.5 本章小结68-69
• 7 结论与展望69-71
• 7.1 结论69-70
• 7.2 展望70-71
• 攻读硕士学位期间发表的论文和参加科研情况71-72
• 参考文献72-77

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 范晋伟;李伟;李云;蒙顺政;雒驼;罗建平;;运用分步式矢量方法的立式数控加工中心误差分离的研究[J];机械设计与制造;2013年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 苏拾;气象用太阳辐射计量仪表检定系统研究[D];长春理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 周静;装夹误差及其主动控制方法研究[D];南京航空航天大学;2011年

2 张继林;高速铣削汽轮机轮槽加工工艺误差分析及控制[D];兰州理工大学;2012年

3 朱赤洲;数控机床三维空间误差建模及补偿技术研究[D];南京航空航天大学;2012年

4 张健;新型精密直驱转台误差分析与建模研究[D];重庆理工大学;2012年

5 寇锦;数控机床误差辨识与诊断新方法研究[D];大连理工大学;2013年

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本文编号：363044