五軸數(shù)控機(jī)床被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜曲面零件的加工中,在航天航空、汽車、船舶等制造領(lǐng)域,具有舉足輕重的地位。加工精度作為衡量機(jī)床性能的關(guān)鍵指標(biāo),是當(dāng)前機(jī)床研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)�？臻g誤差是機(jī)床各誤差源在加工空間中的直接體現(xiàn),如何快速、準(zhǔn)確地對(duì)空間誤差進(jìn)行檢測(cè)和補(bǔ)償,是提高機(jī)床加工精度的有效辦法,也是目前亟待解決的問題。本文以五軸數(shù)控機(jī)床為研究對(duì)象,以提高機(jī)床空間精度為主要目標(biāo),對(duì)機(jī)床空間誤差的檢測(cè)、建模及誤差辨識(shí)方法展開了研究。其中,著重對(duì)機(jī)床空間誤差檢測(cè)中的測(cè)點(diǎn)布置策略進(jìn)行了深入研究。本文具體內(nèi)容如下:(1)對(duì)機(jī)床空間誤差進(jìn)行研究,建立機(jī)床空間誤差模型。將空間誤差分為空間位置誤差及空間姿態(tài)誤差,定義了空間誤差的表示方法。對(duì)機(jī)床誤差源進(jìn)行分析,應(yīng)用多體理論和齊次坐標(biāo)變換對(duì)機(jī)床空間誤差進(jìn)行建模。針對(duì)快速、精確檢測(cè)機(jī)床誤差的需求,選擇激光跟蹤儀為檢測(cè)儀器,對(duì)其檢測(cè)原理及空間位置定位原理進(jìn)行了研究。(2)對(duì)機(jī)床空間誤差模型進(jìn)行辨識(shí)性能研究并建立誤差辨識(shí)模型。將辨識(shí)矩陣列向量類比到辨識(shí)空間的基向量,通過對(duì)辨識(shí)空間的分析,采用辨識(shí)矩陣列向量的正交性指標(biāo)評(píng)價(jià)辨識(shí)矩陣的辨識(shí)效果。利用奇異值分解技術(shù)對(duì)誤差傳遞矩陣進(jìn)行奇異值分解,論述了奇異值對(duì)辨識(shí)矩陣辨識(shí)性能的影響,影響辨識(shí)矩陣的辨識(shí)效果的核心是矩陣的奇異值。(3)對(duì)機(jī)床空間誤差檢測(cè)進(jìn)行檢測(cè)點(diǎn)規(guī)劃。針對(duì)常用機(jī)床空間誤差檢測(cè)點(diǎn)布置的不足,確立了以辨識(shí)矩陣奇異值的組合函數(shù)即可觀測(cè)度為準(zhǔn)則,進(jìn)行檢測(cè)點(diǎn)規(guī)劃。確立檢測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化策略,通過對(duì)初始測(cè)點(diǎn)從已生成的測(cè)點(diǎn)庫(kù)中進(jìn)行添加刪除測(cè)點(diǎn)的操作,利用遺傳算法對(duì)篩選測(cè)點(diǎn)過程進(jìn)行優(yōu)化,得到了最終的優(yōu)化測(cè)點(diǎn)。(4)對(duì)機(jī)床不同測(cè)點(diǎn)進(jìn)行誤差參數(shù)的辨識(shí),完成仿真分析。根據(jù)機(jī)床誤差參數(shù)的特征,選擇用三階切比雪夫多項(xiàng)式對(duì)誤差參數(shù)進(jìn)行擬合。針對(duì)誤差參數(shù)耦合性問題,使用嶺估計(jì)算法和截?cái)嗥娈愔当孀R(shí)算法對(duì)機(jī)床的各誤差參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)。最后通過仿真,比較了三組不同測(cè)點(diǎn)對(duì)機(jī)床誤差檢測(cè)的準(zhǔn)確程度,驗(yàn)證優(yōu)化測(cè)點(diǎn)的有效性。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

床加工精度的提高就無從談起。般來說，可從直接測(cè)量、間接測(cè)量和綜合測(cè)量來獲取機(jī)床的誤差[31）直接測(cè)量法：通俗理解為直接獲取機(jī)床各軸的單項(xiàng)各項(xiàng)誤差值些較為簡(jiǎn)單和直觀的儀器對(duì)單項(xiàng)誤差進(jìn)行直接檢測(cè)，涉及儀器一般線光柵尺、步距規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)平尺等。此類儀器簡(jiǎn)單直觀，但是直接測(cè)作要求較高，包括儀器的使用和人員的素質(zhì)。直接測(cè)量法還相當(dāng)耗環(huán)境要求，因此，此方法不太適用于實(shí)際機(jī)床誤差的檢測(cè)。2）間接測(cè)量法：指通過對(duì)機(jī)床加工出的工件的分析和檢測(cè)，得出信息的一種測(cè)量方法，此方法常用于機(jī)床的出廠檢測(cè)或者驗(yàn)收。比有美國(guó)航空工業(yè)協(xié)會(huì)（AIA）提出的“NAS”試件，開啟了檢驗(yàn)試件精度的方法。中航工業(yè)集團(tuán)下成都飛機(jī)制造公司提出的“S”型檢測(cè)定的影響力，后被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）采納成為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試件。過對(duì)機(jī)床加工工件的精度的檢驗(yàn)，反求機(jī)床的各項(xiàng)誤差，以對(duì)機(jī)床能作評(píng)價(jià)，但是此方法從提出至應(yīng)用需要一套完整的測(cè)量方法體系一定的局限性。試件如圖 1-1 所示。

(a) (b) (c)圖 1-2 部分機(jī)床精度檢測(cè)儀器。(a)激光干涉儀；(b)激光跟蹤儀；(c)球桿儀本文主要以綜合測(cè)量辨識(shí)法為機(jī)床的誤差檢測(cè)方法，后續(xù)工作也將圍繞此作闡述。有理論證明，如果要保證一次測(cè)量有意義，被測(cè)物精度應(yīng)比檢測(cè)儀一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此對(duì)檢測(cè)機(jī)床誤差的儀器也有較高要求。隨著機(jī)床的精慢慢提高，對(duì)測(cè)量?jī)x器精度的要求也越來越高，越來越多的高精密儀器被用測(cè)機(jī)床的誤差，與之對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方法和辨識(shí)方法也日漸完善。為了更好更準(zhǔn)檢測(cè)出機(jī)床的誤差，機(jī)床誤差檢測(cè)中應(yīng)滿足如下原則：（1）一致性，在實(shí)際誤差檢測(cè)中，檢測(cè)條件應(yīng)與機(jī)床的工作條件相一致；（2）完整性，機(jī)床的實(shí)差應(yīng)被完整檢測(cè)出來；（3）重復(fù)性，檢測(cè)結(jié)果應(yīng)真實(shí)反映出機(jī)床的運(yùn)動(dòng)情應(yīng)具有重復(fù)性，既多次檢測(cè)結(jié)果差異應(yīng)在可接受范圍內(nèi)。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)誤差檢測(cè)及辨識(shí)做了大量研究，主要以不同的檢測(cè)儀器研究相應(yīng)的檢測(cè)方法識(shí)方法。

究的機(jī)床為西西那提 AB 雙擺頭五軸數(shù)控機(jī)床，機(jī)床結(jié)構(gòu)構(gòu)參數(shù)如表 2-2 所示。表 2-2 機(jī)床結(jié)構(gòu)參數(shù)五軸數(shù)控機(jī)床機(jī)床結(jié)構(gòu)類型 XYZBA測(cè)量單位 mm機(jī)床行程 20220*4170*715A 軸行程 -30°~ +30°B 軸行程 -30°~ +30°數(shù)控系統(tǒng) SIEMENS 840DyxzZYB

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