五轴数控研抛机床误差综合建模及补偿技术研究

发布时间：2017-09-21 17:50

  本文关键词：五轴数控研抛机床误差综合建模及补偿技术研究

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【摘要】：随着科学技术的高速发展使制造业水平发生了根本性变化,普通数控机床逐渐被精密和超精密数控机床所代替。数控机床的发展标志着一个国家工业生产能力和科学技术水平的高低,也是实现制造系统自动化、智能化、集成化的基础。本文基于自主搭建的五轴数控研抛机床为研究对象,深入分析和研究了其误差运动学综合建模方法、误差测量、误差综合建模原理以及误差补偿应用。主要研究内容如下:(1)详细阐述了五轴数控研抛机床的运动结构,分析了机床各个转动副和移动副的误差来源,列出了五轴机床最主要的几何与热误差元素。运用齐次坐标变换理论对机床运动副进行误差运动学分析,分别得出机床移动副和转动副在理想情况下和实际情况下的误差运动变换矩阵。(2)通过对机床各运动副的成形运动进行分析,根据五轴数控机床运动特点,将机床分为两条运动链:刀具链和工件链。基于齐次坐标变换理论,建立了五轴数控机床工件坐标系到刀具坐标系的误差运动综合模型。依据综合模型简化计算得到机床6项误差运动空间分量并验证了机床误差运动综合模型的正确性。(3)运用激光干涉仪对五轴机床各移动轴的定位误差,两项直线度误差和两项角度误差进行反复测量,并对测量数据进行详细分析,从而得出机床各误差元素的变化规律。(4)按照不同时间对机床三个移动轴的定位误差进行测量,同时运用PT100温度传感器对机床的关键位置温度进行测量。根据测量结果,分析出机床定位误差实际上是一种综合误差,考虑几何误差与热误差的不同特性对机床定位误差进行分离,利用牛顿插值算法对机床定位误差中的几何误差进行建模,基于灰色理论分析,得出影响机床热误差最关键的温度测点,运用最小二乘算法对机床定位误差中的热误差进行建模,最后再将这两种模型合成为一个误差综合模型。根据误差综合模型,基于研抛机床系统中的误差补偿模块进行误差补偿实验,补偿效果显著,验证了模型的正确性和实用性。
【关键词】：五轴数控研抛机床 误差运动学综合建模 误差元素综合建模 误差测量 误差补偿
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 课题概述9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的背景与意义9-10
• 1.2 数控机床误差的概念及分类10-13
• 1.2.1 机床误差概念10-12
• 1.2.2 机床误差分类12-13
• 1.3 国内外数控机床误差建模及补偿技术研究的现状13-16
• 1.3.1 数控机床误差建模研究现状13-14
• 1.3.2 数控机床误差测量研究现状14-16
• 1.3.3 数控机床误差补偿方法研究现状16
• 1.4 数控机床误差补偿技术的发展趋势16-18
• 1.5 本文研究内容18-20
• 第二章 五轴数控研抛机床误差元素及误差运动学分析20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 五轴数控研抛机床结构简介20-21
• 2.3 研抛机床各部件运动分析21
• 2.4 研抛机床运动副的误差元素21-26
• 2.4.1 机床移动副误差元素21-23
• 2.4.2 机床转动副误差元素23-24
• 2.4.3 主轴误差元素24
• 2.4.4 垂直度分析24-25
• 2.4.5 研抛机床综合误差元素25-26
• 2.5 研抛机床误差运动学分析26-31
• 2.5.1 齐次坐标变换理论分析26-29
• 2.5.2 机床移动副误差运动学分析29-30
• 2.5.3 机床转动副误差运动学分析30
• 2.5.4 机床垂直度误差分析30-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第三章 五轴数控研抛机床误差运动学综合建模32-43
• 3.1 引言32
• 3.2 五轴数控研抛机床运动关系分析32-33
• 3.3 五轴数控研抛机床误差运动学综合建模33-40
• 3.3.1 机床坐标系的设定33-34
• 3.3.2 理想情况下机床各运动链的齐次变换矩阵34-36
• 3.3.3 实际情况下机床各运动链的齐次变换矩阵36-39
• 3.3.4 机床误差运动学综合模型的建立39-40
• 3.4 机床误差运动学综合模型的检验40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第四章 五轴数控研抛机床误差精密测量与分析43-57
• 4.1 引言43
• 4.2 几何误差元素测量原理43-46
• 4.2.1 激光干涉仪的测量原理43-44
• 4.2.2 机床移动轴定位误差测量原理44-45
• 4.2.3 机床移动轴角度误差测量原理45-46
• 4.2.4 机床移动轴直线度误差测量原理46
• 4.3 移动轴误差测量与分析46-55
• 4.3.1 移动轴定位误差测量与分析46-49
• 4.3.2 移动轴直线度误差测量与分析49-52
• 4.3.3 移动轴角度误差测量与分析52-55
• 4.4 本章小结55-57
• 第五章 五轴数控研抛机床误差综合建模技术和补偿研究57-73
• 5.1 引言57
• 5.2 研抛机床误差综合建模原理与测量57-61
• 5.2.1 误差综合建模原理57-58
• 5.2.2 误差元素测量58-61
• 5.3 研抛机床误差元素综合建模61-67
• 5.3.1 几何误差建模61-62
• 5.3.2 基于灰色理论的关键温度点选择62-64
• 5.3.3 热误差建模64-65
• 5.3.4 综合误差建模65-67
• 5.4 数控机床误差补偿技术研究67-72
• 5.4.1 误差补偿控制方式67-68
• 5.4.2 误差补偿实施策略68-69
• 5.4.3 研抛机床误差补偿实验69-72
• 5.5 本章小结72-73
• 第六章 总结与展望73-75
• 6.1 全文总结73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-81
• 作者简介81
• 攻读硕士学位期间研究成果81

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本文编号：896009