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多功能数控铣床几何误差补偿技术的研究

郭辰  
【摘要】:加工精度是机床最重要的性能指标之一。本课题以多体系统运动学理论为核心,对四轴数控铣床的几何精度问题进行了系统、全面的分析,并重点在机床误差建模、误差检定、加工精度预测以及软件误差补偿等领域开展了研究。通过机床误差模型,揭示了误差从机床本体传递到被加工零件的规律,给出了误差预测,并对机床进行了软件补偿以提高其加工精度。 多体系统运动学理论应用于有误差运动的精度研究是其应用领域的新的拓展,虽然受到重视是近几年的事,但已经显示出强大的生命力,其精髓是用低序体阵列描述多体系统的拓扑结构,用特征矩阵描述多体系统体间的相对位置和姿态。本文对多体系统理论的这部分内容进行了详细阐述,并依此建立起一台四轴数控铣床的通用误差分析模型,给出其空间误差模型的具体表达式。 根据所建立机床误差模型进行了误差参数的检定。机床误差参数很多,影响加工精度的主要误差参数就有几何误差、热误差、载荷变形等系统误差。参数检定的方法也多样,本文在系统介绍了已有的误差检定策略之后,详细介绍了9线辨识法,并利用闭式光栅传感器和机械式千分表检定出该四轴铣床三个平动轴的21项几何误差。为了检定其回转轴的6项误差,本文详细阐述了基于径向、轴向及回转误差的误差辨识机理,从而很好地解决了多体系统理论应用中的机床几何误差检定问题。 在完成误差检定的基础之上,本文进行了机床加工精度预测及误差补偿的研究。通过对空间离散点误差值进行二维插值实现了数据的密化处理,得到其平面和斜面加工密化点的准确误差计算值,并在该四轴机床上实现了基于直接计算法修正理论的数控指令软件补偿,从而在未改变机床原有制造精度基础之上得到其更加理想的加工精度。


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