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机床误差单元特性的预测方法及工具研究

李青锋  
【摘要】:机床由多个零部件组成,即机床包含多个误差单元,每个误差单元对机床输出精度的影响程度不同,即各个误差单元具有不同的特性。分析并掌握机床误差单元的特性,是在合理成本下高效控制机床输出精度的有效手段。 分析机床误差单元特性必须以建立机床误差模型为基础,当前的建模方法一般只是针对某一种机床,即所建立的机床模型缺乏通用性,机床误差建模工作复杂而繁琐,计算极易出错,因此,建立一个具有较好通用性的机床误差模型,则可以有效提高机床建模及分析的效率,并保证分析计算的准确性和可靠性。 本文主要研究了机床误差单元特性的内涵及其建模分析方法,采用MATLAB-GUI丌发了一个机床误差单元特性预测软件原型,实现了机床误差单元特性预测的通用化和可视化。具体所做的研究工作如下: ①详细阐述了课题研究的背景及意义;以当前国内外机床误差方面的研究现状为依据,提出了本次研究的目标、主要内容及研究工作的实施方案。 ②简要介绍了机床通用误差建模和机床误差单元特性预测的理论基础;详细阐述了多体学理论和齐次坐标变换理论在机床通用误差建模和机床误差单元特性预测中的应用方法,为机床的误差建模和分析工作提供了必要理论依据。 ③分析并指出了机床误差单元特性应包括大小和方向变化两个方面;针对具有复杂成形运动的机床,提出了分步式机床精度分析方案及实施办法;以五轴加工中心为例阐述了误差单元特性分析的原理及步骤,并用车床为例介绍了详细的分析方法。 ④以多体系统学理论和齐次坐标变换理论为基础,分析了建立机床通用误差模型的可行性;利用MATLAB软件,编写了机床误差单元特性预测的软件原型。利用该软件,对车床进行误差建模并进行误差单元特性分析,实现了机床误差建模和误差单元特性分析的通用化和可视化,有效提高了机床误差建模的效率和机床误差单元特性分析的效率


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