本文關鍵詞：臥式三軸數(shù)控機床的幾何誤差建模與補償

  更多相關文章： 三軸數(shù)控機床 幾何誤差補償 線性坐標變換 機床精度

【摘要】：隨著高精度產(chǎn)品需求的日益提高,改善機床精度在制造業(yè)中是非常重要的一個目標。從汽車產(chǎn)業(yè)到航天航空,從消費產(chǎn)品到醫(yī)藥產(chǎn)品,三軸機床和檢測儀在現(xiàn)代各個領域都有廣泛的應用。隨著個性化產(chǎn)品和較小規(guī)模產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)品的柔性制造也越來越重要。多軸數(shù)控機床精度主要是由于幾何誤差引起的,包括了導軌系統(tǒng)、結構剛度、熱性能以及動態(tài)特性等。幾何誤差是由于機床的零部件自身制造誤差以及在設計裝配過程中的不精確而引起的誤差。在數(shù)控機床中靜態(tài)幾何誤差和系統(tǒng)幾何誤差是最主要的誤差部分。為了建立幾何誤差模型和實施后續(xù)的誤差補償技術,這就需要對機床加工過程中幾何誤差的來源及其影響進行深入分析。基于軟件平臺的誤差補償技術在減小機床誤差方面具有很好的前景,它所需的費用較少,這與制造行業(yè)的要求是非常一致的。補償技術在制造行業(yè)中被大量的使用,例如:幾何誤差、熱誤差、刀具磨損誤差和切削力引起的誤差等。幾何誤差并不是一個不變的常數(shù),它會隨著機床位置的改變而變化,可以看作是一個關于機床位置坐標的函數(shù)。如果可以對機床的幾何誤差進行預測和補償,那么就可以減小機床的整體誤差。但是,如果機床的隨即誤差過大,那么機床生產(chǎn)出來的零件將會只有一部分符合指定的精度要求,而其余的零件將會超出精度要求。因此分析并表達出機床的隨機誤差特性是提高機床精度最重要的方式。本文針對臥式三軸數(shù)控機床,主要研究了機床幾何誤差、誤差減少或提高機床精度的方法和過程,采用誤差補償?shù)姆椒▉頊p少機床幾何誤差,補償試驗結果表明,經(jīng)過補償大幅度減少了機床幾何誤差。論文主要內(nèi)容本文研究主要內(nèi)容可分為四個部分:1.機床誤差元素的分析和減少誤差的方法。分析了臥式三軸數(shù)控機床的誤差元素,提出了減少誤差的或提高精度的方法。2.機床幾何誤差的辨識和描述。對機床幾何誤差元素進行了辨識和描述,為誤差數(shù)學模型的建立做準備。3.機床誤差數(shù)學模型的建立。推導并建立了臥式三軸數(shù)控機床的誤差數(shù)學模型,為最終的誤差補償提供理論依據(jù)。4.機床幾何誤差補償試驗。對于機床的主要誤差-定位誤差進行了誤差補償,以驗證誤差補償?shù)目尚行约捌湫Ч?補償試驗結果表明:經(jīng)補償,機床定位精度有了大幅度提高。
【關鍵詞】：三軸數(shù)控機床 幾何誤差補償 線性坐標變換 機床精度
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG659
【目錄】：

• ABSTRACT6-8
• 摘要8-12
• 學位論文中文簡介12-16
• 課題背景和研究現(xiàn)狀12-13
• 機床誤差元素和減小誤差13
• 幾何誤差辨識和定位誤差補償模型13-14
• 試驗及其結果分析14-16
• 1. INTRODUCTION16-24
• 1.1 PROBLEM STATEMENT16
• 1.2 ACCURACY OF COMPUTER NUMERICALLY CINTROLLED (CNC) MACHINE TOOLS16-18
• 1.3 PREVIEWS WORKS18-22
• 1.3.1 Error avoidance20
• 1.3.2 Error compensation20-22
• 1.4 CONCLUSION22
• 1.5 THESIS OUTLINE22-24
• 2. MACHINE TOOL ERROR COMPONENTS AND ERRORREDUCTION24-33
• 2.1 ERROR COMPONENTS24-25
• 2.2 BASIC ERROR REDUCTION METHODS25-26
• 2.3 GEOMETRIC ERRORS AND ERROR SOURCES OF GEOMETRIC NATURE26-30
• 2.3.1 Kinematic errors28-29
• 2.3.2 Thermo mechanical errors29
• 2.3.3 Loads29
• 2.3.4 Dynamic forces29-30
• 2.4 THERMAL ERRORS30-31
• 2.5 RANDOW VIBRATION31-33
• 3. IDENTIFICATION AND DESCRIPTION OF GEOMETRICERRORS33-43
• 3.1 IDENTIFICATION OF GEOMETRIC ERROR COMPONENT33-34
• 3.2 SETTING UP A MACHINE CO-ORDINATE SYSTEM34
• 3.3 GEOMETRIC ERROR MAPPING34-35
• 3.4 METHODS OF DIRECT MEASUREMENTS35-41
• 3.4.1 Linear displacement error measurement36-37
• 3.4.2 Straightness error measurement37-39
• 3.4.3 Squareness error measurement39
• 3.4.4 Angular error measurement39-41
• 3.4.5 Rotary axes measurement41
• 3.5 METHODS OF INDIRECT MEASUREMENT41-43
• 4. MACHINE TOOL ERROR MODELING43-59
• 4.1 IDEAL AND REAL CASES OF MACHINE TOOL43-45
• 4.2 LINEAR TRANSFORMATIONS45-46
• 4.3 ROTATION TRANSFORMATION46-47
• 4.4 CASE OF HOMOGENOUS COORDINA TRANSFORMATION47-57
• 4.4.1 Ideal case of homogenous coordinate transformation48-53
• 4.4.2 Real case of homogenous coordinate transformation53-55
• 4.4.3 Volumetric error model55-57
• 4.5 LINEAR DISPLACEMENT ERRORS57-59
• 5. COMPENSATION EXPERIMENTS59-68
• 5.1 IMPLEMENTATION OF ERROR COMPENSATION59
• 5.2 ERROR COMPENSATION CONTROL SYSTEM59-61
• 5.3 HORIZONTAL MACHINING CENTER ERROR MEASUREMENT AND COMPENSATION TEST61-68
• 5.3.1 Measurement tools and compensation61-63
• 5.3.2 Error measurements before compensation63-65
• 5.3.3 Error measurement after compensation65-68
• 6. CONCLUSION AND FURTHER WORK68-69
• BIBLIOGRAPHY69-73
• PAPER PUBLISHED73-74
• ACKNOWLEDGMENTS74

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本文編號：893779