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基于多体理论的数控机床几何误差补偿技术的研究

作　者: 李欢玲
导　师: 吴洪涛
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 数控机床 多体系统 几何误差 误差模型 参数辨识 误差补偿
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 140次
引　用: 3次
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内容摘要


加工精度是机床最重要的性能指标之一。本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。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,利用双频激光干涉仪用九线法对三轴数控机床进行了位移量误差和直线度误差测量。从而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。误差建模和参数辨识完成之后,随即进行机床的误差补偿。本文采用软件补偿的方法,即通过修正理论的数控指令的方式进行补偿。计算机自动求解问题是应用通用误差模型进行通用误差补偿软件开发的关键环节,文中运用大量篇幅论述了通用模型下计算机自动求解算法以及三坐标机床应用通用模型进行软件误差补偿时,计算求解过程,并提出了数控机床基本运动形式的数控指令补偿方法。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题的提出及意义  11-14
  1.2 国内外研究情况  14-17
    1.2.1 误差建模的研究现状  14-16
    1.2.2 误差检测的研究现状  16-17
    1.2.3 误差辨识的研究现状  17
  1.3 主要研究内容  17-19
第二章 数控机床空间定位误差通用建模方法的研究  19-34
  2.1 多体系统运动学的基本理论  19-23
    2.1.1 多体系统运动学的重要概念  19-21
    2.1.2 多体系统运动误差分析  21-23
  2.2 基于多体系统运动学理论的空间定位误差通用建模方法  23-33
    2.2.1 三轴数控机床的几何误差建模  23-27
    2.2.2 五轴加工中心的几何误差建模  27-33
  2.3 小结  33-34
第三章 数控机床几何误差参数辨识方法的研究  34-39
  3.1 三轴数控机床21 项几何误差参数辨识方法的研究  34-35
  3.2 三坐标数控机床二十一项几何误差参数的辨识  35-38
    3.2.1 三坐标数控机床十八项位移误差参数的辨识  35-37
    3.2.2 三坐标数控机床三项垂直度误差参数的辨识  37-38
  3.3 小结  38-39
第四章 数控机床误差补偿的研究  39-58
  4.1 三轴数控机床各个转换矩阵的确定  40-42
  4.2 工件相对于工作台体参考坐标系位置列阵的计算方法  42-44
  4.3 刀具路线、数控指令、刀具轨迹间的关系  44-48
    4.3.1 理想条件下已知刀具路线求解数控指令的计算方法  44-47
    4.3.2 理想条件下已知数控指令求解刀具轨迹的计算方法  47-48
  4.4 实际条件下刀具路线与数控指令间的映射关系  48-52
    4.4.1 数控指令修正值的求解  48-51
    4.4.2 实际条件下已知数控指令，求解刀具轨迹的计算方法  51
    4.4.3 数控指令修正值的迭代求解终止判别条件  51-52
  4.5 数控机床基本运动形式的数控指令补偿方法  52-57
    4.5.1 定点运动的数控指令修正方法  52
    4.5.2 直线运动的数控指令修正方法  52-53
    4.5.3 圆弧运动的数控指令修正方法  53-57
  4.6 小结  57-58
第五章 软件设计  58-73
  5.1 数控程序的结构特点分析  58-59
  5.2 软件介绍  59-72
  5.3 结论  72-73
第六章 总结与展望  73-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
在学期间的研究成果及发表的学术论文  78

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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