數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)是提高機(jī)床精度的一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法和手段。基于高等學(xué)校全國優(yōu)秀博士學(xué)位論文專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目、云南省省院省?？萍己献饔?jì)劃項(xiàng)目、《上海市引進(jìn)技術(shù)的吸收與創(chuàng)新計(jì)劃》等項(xiàng)目，本文研究了數(shù)控機(jī)床誤差測量、建模和實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)葦?shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用。主要研究內(nèi)容包括： (1)分析了數(shù)控機(jī)床存在的空間定位誤差，利用齊次坐標(biāo)變換方法，通過在床身基座上建立基坐標(biāo)系(參考坐標(biāo)系)，在各軸(剛體)上分別建立子坐標(biāo)系，根據(jù)

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

3、角線方法的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)的分步體對(duì)角線測量方法，這種方法通過分步測量機(jī)床工作空間的四條體對(duì)角線可以快速獲得分解后得到的9項(xiàng)位置誤差。進(jìn)一步提出直接利用這9項(xiàng)位置誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償?shù)乃枷?，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。這種方法既節(jié)省了測量和辨識(shí)的時(shí)間，又提高了補(bǔ)償?shù)男省?(3)研究和分析了機(jī)床空間定位誤差同機(jī)床溫度變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過使用可以快速測量空間定位誤差的分步體對(duì)角線測量方法，在不同的溫度條件下對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了誤差的測

4、量，得到了機(jī)床9項(xiàng)位置誤差隨溫度變化的曲線。提出了對(duì)不同溫度條件下的空間定位誤差進(jìn)行有效預(yù)測的直接插補(bǔ)、曲線擬合和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，并對(duì)這些方法進(jìn)行了對(duì)比。對(duì)空間定位誤差不同溫度下的熱變化分析和預(yù)測，使得空間定位誤差的建模和補(bǔ)償不但考慮了機(jī)床的位置變化而且考慮了溫度變化，通過補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)證明這種方法有助于進(jìn)一步提高機(jī)床補(bǔ)償?shù)木取?(4)研究和分析了機(jī)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(luò)進(jìn)行熱誤差建模的方法，該方法通

5、過引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)原理對(duì)傳統(tǒng)偏最小二乘回歸方法中的線性方法進(jìn)行了改進(jìn)，用以解決機(jī)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(tái)數(shù)控機(jī)床上通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)模型的預(yù)測和魯棒性能進(jìn)行了驗(yàn)證。 (5)研究和分析了機(jī)床誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償實(shí)施方法，提出了一種基于數(shù)控機(jī)床外部坐標(biāo)系偏移功能，可以對(duì)數(shù)控機(jī)床熱誤差和定位誤差等進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)难b置。通過硬件和軟件的設(shè)計(jì)，可以根據(jù)機(jī)床的溫度和位置信息進(jìn)行誤差的實(shí)時(shí)計(jì)算