重型數(shù)控落地銑鏜床誤差建模及補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對(duì)產(chǎn)品精度的要求越來越高。重型數(shù)控機(jī)床因其結(jié)構(gòu)尺寸空間大、運(yùn)動(dòng)范圍大,各零部件制造安裝精度受限,因而會(huì)產(chǎn)生較大的幾何誤差,同時(shí)重型數(shù)控機(jī)床因其質(zhì)量和慣量大,驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需功率較大,零部件發(fā)熱較為嚴(yán)重,產(chǎn)生較為明顯的熱變形,因而形成較大的熱誤差,嚴(yán)重制約數(shù)控機(jī)床精度的提高。誤差補(bǔ)償技術(shù)是提高數(shù)控機(jī)床精度的一項(xiàng)重要技術(shù)手段,本文在對(duì)現(xiàn)有誤差補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專

2、項(xiàng)以及生產(chǎn)企業(yè)急需解決的滑枕熱伸長誤差較大等實(shí)際問題,針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床在實(shí)施誤差補(bǔ)償技術(shù)時(shí)存在的技術(shù)難點(diǎn),以重型數(shù)控落地銑鏜床為研究對(duì)象,重點(diǎn)研究了綜合誤差建模、誤差測量與辨識(shí)以及誤差補(bǔ)償實(shí)施等關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　誤差建模是誤差補(bǔ)償?shù)年P(guān)鍵技術(shù)之一,本文嘗試采用共形幾何代數(shù)原理建立數(shù)控機(jī)床的綜合誤差模型。首先借助共形幾何代數(shù)中的幾何積對(duì)剛體運(yùn)動(dòng)中的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和平移運(yùn)動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)一表達(dá);然后采用共形幾何代數(shù)法對(duì)三軸機(jī)床的誤差元素重新劃分為平

3、移誤差元和旋轉(zhuǎn)誤差元,并分析了多體系統(tǒng)中兩相鄰體之間的運(yùn)動(dòng);接下來,針對(duì)無誤差的機(jī)床理想運(yùn)動(dòng)和有誤差的機(jī)床實(shí)際運(yùn)動(dòng)分別建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上根據(jù)刀尖點(diǎn)和工件上正被切削的點(diǎn)在空間中是同一點(diǎn)推導(dǎo)了機(jī)床誤差模型的一般表達(dá)式;最后,以重型數(shù)控落地銑鏜床為例,建立了基于共形幾何代數(shù)的誤差模型,并對(duì)模型的精度進(jìn)行了分析。
　　實(shí)施誤差補(bǔ)償之前還需要能夠?qū)λa(bǔ)償?shù)恼`差進(jìn)行測量與辨識(shí),以便掌握誤差的特點(diǎn)和規(guī)律。本文針對(duì)重型數(shù)控機(jī)床工作

4、空間尺寸大、誤差辨識(shí)難的現(xiàn)狀,提出一種用于重型數(shù)控機(jī)床大尺寸空間誤差測量與辨識(shí)的方法。該方法利用激光跟蹤儀進(jìn)行誤差的測量,在對(duì)激光跟蹤儀測量誤差進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,提出利用共形幾何代數(shù)法進(jìn)行誤差辨識(shí)的原理。最后以重型數(shù)控落地銑鏜床為研究對(duì)象,進(jìn)行了幾何誤差的測量與辨識(shí)實(shí)驗(yàn),用最小二乘多項(xiàng)式擬合的方法建立了幾何誤差元素的數(shù)學(xué)模型。
　　重型數(shù)控落地銑鏜床的熱誤差占了較大比例,本文首先針對(duì)企業(yè)急需解決的重型數(shù)控落地銑鏜床滑枕熱伸長誤差較

5、為明顯的問題,提出并實(shí)現(xiàn)了一種重型數(shù)控落地銑鏜床滑枕熱伸長誤差的實(shí)時(shí)在線檢測與補(bǔ)償系統(tǒng)。該系統(tǒng)避免了在滑枕上安裝溫度傳感器,能夠適應(yīng)各種工況,它采用一種熱膨脹系數(shù)幾乎為零的因瓦合金桿作為檢測標(biāo)準(zhǔn),利用位移傳感器直接在線實(shí)時(shí)測量出滑枕的熱伸長變形量,并將其實(shí)時(shí)反饋給數(shù)控系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)重型數(shù)控機(jī)床滑枕熱伸長誤差的實(shí)時(shí)補(bǔ)償。然后針對(duì)其余部分熱變形嚴(yán)重的問題,提出了一種熱誤差分離與建模的新方法。該方法首先在機(jī)床上根據(jù)一定的原則布置適量的溫度傳感

6、器以測量相應(yīng)點(diǎn)的溫度變化,并用激光跟蹤儀測量熱誤差,然后對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的誤差數(shù)據(jù),利用基于共形幾何代數(shù)的綜合誤差模型進(jìn)行幾何誤差與熱誤差的分離,以得到相應(yīng)的熱誤差參數(shù),同時(shí)結(jié)合有關(guān)的溫度傳感器優(yōu)化布置策略,選出相應(yīng)的熱誤差關(guān)鍵點(diǎn),最后采用多元線性回歸理論建立了熱誤差的數(shù)學(xué)模型。
　　誤差補(bǔ)償實(shí)施策略是誤差補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵,本文在分析研究綜合誤差補(bǔ)償功能的基礎(chǔ)上,提出了一種用于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的綜合誤差補(bǔ)償實(shí)施策略,并開發(fā)了相應(yīng)