数控机床等效切削力综合误差辨识与补偿技术的研究

发布时间：2017-08-28 05:24

  本文关键词：数控机床等效切削力综合误差辨识与补偿技术的研究

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【摘要】：等效切削力综合误差是机床在受恒定载荷作用的前提下,其几何误差和恒定载荷所产生的力误差相耦合之后的综合误差。为了解决目前几何误差与切削力误差综合补偿中存在的问题,本文通过对数控机床加载恒定载荷,以此模拟机床的实际受力状况,进而在多体系统运动学理论的基础上,对三轴数控机床的几何误差与力误差耦合而成的等效切削力综合误差进行了测量和补偿研究,主要工作如下:(1)建立了三轴数控机床等效切削力综合误差补偿所需的数学模型。在对多体系统运动学相关理论体系进行分析的基础上,将多体系统拓扑结构、低序体阵列以及齐次坐标变换实际运用到三轴数控机床的误差建模上,在载荷力作用的条件下推导了机床各体上几何误差与力误差综合作用的特征变换矩阵,通过将机床刀尖点坐标与工件上待加工点坐标向同一坐标系的转换,实现了等效切削力综合误差的数学建模,为通过软件补偿提高数控机床的加工精度提供了理论基础。(2)设计了恒定载荷加载方案,实现了力与等效切削力综合误差的直接对应。采用SDC-C4F型测力仪测量三轴数控机床的实际切削力,以此做为加载恒定载荷的参考标准,设计了恒定载荷的加载装置,使用该装置将恒定载荷加载到机床工作台上,通过作用到机床工作台上的载荷力模拟机床的实际受力状况,在此条件下采用激光干涉仪实现了对等效切削力综合误差的直接测量;无需再分别测量几何误差和力误差,避免了求取综合误差时对这两种误差的求和运算,进而实现了几何误差与力误差的自动耦合。(3)开发了等效切削力综合误差补偿软件。在综合使用MATLAB及Visual Studio 2010开发平台的基础上,将所建误差补偿模型以及综合误差参数求解方程在MATLAB中进行封装,采用development tool命令编译器生成了Visual Studio 2010所能识别的动态链接库,实现了补偿软件对二者的直接调用,结合对数控加工指令实施的插补运算,将误差补偿的相关理论研究通过C#编写成补偿软件的运行程序,以软件的方式实现了对数控加工指令的误差补偿,极大提高了误差补偿的效率。(4)实际加工工件误差验证试验。分别采用理想数控指令、经几何误差补偿过的数控指令以及经等效切削力综合误差补偿过的数控指令进行试验试切,使用CVA800A-6C型三坐标测量机对三种数控指令所加工的工件轮廓进行精度检测,检测结果表明,等效切削力综合误差补偿方案能够明显的提高机床的加工精度,所设计的补偿软件可以快速的对机床实施误差补偿。
【关键词】：等效切削力 恒定载荷 多体系统 数学建模 补偿软件
【学位授予单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题研究的目的及意义9
• 1.2 误差补偿技术国内外研究的现状9-12
• 1.2.1 误差测量技术的发展状况10-11
• 1.2.2 误差建模技术的发展状况11-12
• 1.2.3 误差补偿技术的发展状况12
• 1.3 国内外研究状况总结12-13
• 1.4 课题研究内容13-15
• 2 基于多体系统理论的等效切削力综合误差建模15-29
• 2.1 多体系统拓扑结构分析15
• 2.2 多体系统低序体阵列15-16
• 2.3 多体系统中相邻体间特征矩阵的推导16-20
• 2.3.1 无误差情况下相邻体间旋转运动的特征矩阵16-17
• 2.3.2 无误差条件下相邻体间直线运动的特征矩阵17-18
• 2.3.3 实际运动情况下变换矩阵的推导18-20
• 2.4 数控机床系统结构的描述20-22
• 2.5 三轴数控机床坐标系的设定22-23
• 2.5.1 基座标系的确立22
• 2.5.2 体坐标系方向的设定22
• 2.5.3 坐标系位置的确立22-23
• 2.6 等效切削力综合误差补偿模型23-28
• 2.6.1 等效切削力综合误差特征矩阵23-26
• 2.6.2 等效切削力综合误差补偿模型的创建26-28
• 2.7 本章小结28-29
• 3 等效切削力综合误差数值测量与模型参数辨识29-44
• 3.1 恒定载荷加载方案29-31
• 3.1.1 恒定载荷加载的目的29
• 3.1.2 恒定载荷加载系统的设计29-30
• 3.1.3 恒定载荷的实际加载30-31
• 3.2 等效切削力综合误差直接测量的可行性分析31-32
• 3.3 铣削力测量实验32-34
• 3.3.1 铣削力测量条件32-33
• 3.3.2 铣削力的实际测量33-34
• 3.4 激光干涉仪简介34-36
• 3.5 等效切削力综合误差参数的辨识方法36-42
• 3.5.1 九线法的测量原理36-37
• 3.5.2 十八项等效切削力综合误差参数的辨识37-41
• 3.5.3 综合垂直度误差参数的辨识41-42
• 3.6 本章小结42-44
• 4 等效切削力综合误差补偿软件的设计44-56
• 4.1 误差补偿软件设计平台44
• 4.2 等效切削力综合误差补偿软件的总体方案44-46
• 4.2.1 程序编写的主要流程44-45
• 4.2.2 等效切削力误差补偿软件的主体架构45-46
• 4.3 有关数控指令的补偿算法46-50
• 4.3.1 机床各补偿点误差计算的理论基础46-48
• 4.3.2 点到点的G代码补偿机理48
• 4.3.3 直线进给运动的G代码补偿机理48-49
• 4.3.4 圆弧运动的G代码补偿机理49-50
• 4.4 误差补偿软件的设计50-55
• 4.4.1 基于MATLAB的误差参数求解方法50-52
• 4.4.2 九线法动态链接库dll的生成及调用52-53
• 4.4.3 误差补偿模型动态链接库的生成及调用53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 等效切削力综合误差补偿试验56-64
• 5.1 试验条件及参数选取56-57
• 5.2 补偿效果的试验验证57-62
• 5.2.1 理想状况下的加工实验57
• 5.2.2 几何误差软件补偿57-61
• 5.2.3 等效切削力综合误差软件补偿61-62
• 5.3 工件加工精度的测量62-63
• 5.4 实验结果分析63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 结论64
• 6.2 展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71
• 作者简介71-72
• 导师简介72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 范晋伟,田越,宋国荣,黄旭东,康存锋;基于14条位移线测量法的数控机床误差参数辨识技术[J];北京工业大学学报;2000年02期

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本文编号：747236