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加工中心的误差补偿研究

李宝忠  
【摘要】: 课题首先以多体系统运动学理论为基础,建立了数控机床的运动模型,运 动误差模型,以及刀具相对于被加工工件沿理论刀具路线精确运动时的相对运 动约束方程,揭示出数控机床实现精密加工的必要条件和误差补偿的实质。然 后根据数控机床实现精密加工的充分必要条件(要通过金属切削过程获得高质 量的产品,就必须保证数控机床的刀具中心的实际运动轨迹,与待加工工件上 经理论计算获得的理论刀具中心轨迹完全一致),推导出刀具路线,数控指令和 刀具轨迹之间的关系,为数控机床误差补偿计算,仿真计算提供了理论基础。 在此基础上,开发了误差补偿软件,通过修正数控指令,实现误差补偿的新思 路。 数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。利用几何 法和多体系统运动学理论推导出十八个误差辨识方程,并根据误差测量方程组 系数矩阵必须满秩的条件,利用双激光干涉仪对三轴进行了位移量误差和不直 度误差测量。利用开发的误差辨识软件,解得各测量点的十八个误差参数,即 机床工作台的三个线位移误差和三个角位移误差,机床滑座的三个线位移误差 和三个角位移误差,机床主轴箱的三个线位移误差和三个角位移误差。 考虑到安全,成本等各方面的原因,有必要对补偿前后做仿真处理。仿真 具体可以体现在补偿前后的刀具轨迹和工件的理想轨迹。通过仿真补偿前的刀 具轨迹,计算出加工工件的具体误差,就可以用这些数据和实际测得的误差数 据进行比较,来进一步验证工作的正确性,如果出现很大的偏差,就要进一步 查找原因了。主要的任务是仿真3条路线:理想情况下刀具轨迹路线,在有误 差的情况下补偿前的刀具轨迹路线和在有误差的情况下补偿后的刀具轨迹路 线,初步了解补偿的效果。 实验验证了误差补偿方法的正确性。在北人集团的加工中心车间在德国西 门子S-1500三轴立式龙门加工中心加工了一滚筒,实验证明补偿后牙垫基准面 距离滚筒中心线的等高度精度明显提高。而且补偿前的误差值和仿真结果基本 一致,从而又验证了补偿方法的正确性。


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