數(shù)控機床誤差補償關鍵技術及其應用.pdf

1、數(shù)控機床誤差補償技術是提高機床精度的一種經(jīng)濟而有效的方法和手段?；诟叩葘W校全國優(yōu)秀博士學位論文專項資金資助項目、云南省省院省?？萍己献饔媱濏椖?、《上海市引進技術的吸收與創(chuàng)新計劃》等項目，本文研究了數(shù)控機床誤差測量、建模和實時補償?shù)葦?shù)控機床誤差補償?shù)年P鍵技術及其應用。主要研究內容包括： (1)分析了數(shù)控機床存在的空間定位誤差，利用齊次坐標變換方法，通過在床身基座上建立基坐標系(參考坐標系)，在各軸(剛體)上分別建立子坐標系，根據(jù)

2、刀具、主軸到機架之間的“刀具-機架”運動鏈和工件到機架之間的“工件-機架”運動鏈之間的變換關系，建立了四種不同類型三軸數(shù)控機床的空間定位誤差綜合模型，為機床誤差測量和補償提供了理論基礎。 (2)研究和分析了激光測量儀在直線、平面對角線和空間體對角線進行數(shù)控機床誤差測量時，激光測量儀所獲得的測量值同機床空間定位誤差值之間的關系，著重介紹了機床工作空間體對角線測量方法的優(yōu)點與不足。通過對三個坐標軸方向的誤差進行矢量分解，在現(xiàn)有的體對

3、角線方法的基礎上，提出了一種改進的分步體對角線測量方法，這種方法通過分步測量機床工作空間的四條體對角線可以快速獲得分解后得到的9項位置誤差。進一步提出直接利用這9項位置誤差進行誤差補償?shù)乃枷耄⑼ㄟ^實驗進行了驗證。這種方法既節(jié)省了測量和辨識的時間，又提高了補償?shù)男省?(3)研究和分析了機床空間定位誤差同機床溫度變化之間的對應關系。通過使用可以快速測量空間定位誤差的分步體對角線測量方法，在不同的溫度條件下對數(shù)控機床進行了誤差的測

4、量，得到了機床9項位置誤差隨溫度變化的曲線。提出了對不同溫度條件下的空間定位誤差進行有效預測的直接插補、曲線擬合和神經(jīng)網(wǎng)絡等方法，并對這些方法進行了對比。對空間定位誤差不同溫度下的熱變化分析和預測，使得空間定位誤差的建模和補償不但考慮了機床的位置變化而且考慮了溫度變化，通過補償實驗證明這種方法有助于進一步提高機床補償?shù)木取?(4)研究和分析了機床熱誤差建模方法，提出了一種基于偏最小二乘回歸神經(jīng)網(wǎng)絡進行熱誤差建模的方法，該方法通

5、過引入神經(jīng)網(wǎng)絡的學習原理對傳統(tǒng)偏最小二乘回歸方法中的線性方法進行了改進，用以解決機床熱誤差建模中溫度變量共線性和熱誤差非線性的問題。文中論述了這種方法的基本算法并在一臺數(shù)控機床上通過實驗數(shù)據(jù)對模型的預測和魯棒性能進行了驗證。 (5)研究和分析了機床誤差實時補償實施方法，提出了一種基于數(shù)控機床外部坐標系偏移功能，可以對數(shù)控機床熱誤差和定位誤差等進行實時補償?shù)难b置。通過硬件和軟件的設計，可以根據(jù)機床的溫度和位置信息進行誤差的實時計算