重型數(shù)控落地銑鏜床誤差建模及補償技術(shù)研究.pdf

1、隨著科技的不斷發(fā)展,各行各業(yè)對產(chǎn)品精度的要求越來越高。重型數(shù)控機床因其結(jié)構(gòu)尺寸空間大、運動范圍大,各零部件制造安裝精度受限,因而會產(chǎn)生較大的幾何誤差,同時重型數(shù)控機床因其質(zhì)量和慣量大,驅(qū)動系統(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)控機床精度的提高。誤差補償技術(shù)是提高數(shù)控機床精度的一項重要技術(shù)手段,本文在對現(xiàn)有誤差補償技術(shù)進行分析和研究的基礎(chǔ)上,結(jié)合“高檔數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專

2、項以及生產(chǎn)企業(yè)急需解決的滑枕熱伸長誤差較大等實際問題,針對重型數(shù)控機床在實施誤差補償技術(shù)時存在的技術(shù)難點,以重型數(shù)控落地銑鏜床為研究對象,重點研究了綜合誤差建模、誤差測量與辨識以及誤差補償實施等關(guān)鍵技術(shù)難題。
　　誤差建模是誤差補償?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)中的幾何積對剛體運動中的旋轉(zhuǎn)運動和平移運動進行統(tǒng)一表達;然后采用共形幾何代數(shù)法對三軸機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動;接下來,針對無誤差的機床理想運動和有誤差的機床實際運動分別建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上根據(jù)刀尖點和工件上正被切削的點在空間中是同一點推導(dǎo)了機床誤差模型的一般表達式;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,并對模型的精度進行了分析。
　　實施誤差補償之前還需要能夠?qū)λa償?shù)恼`差進行測量與辨識,以便掌握誤差的特點和規(guī)律。本文針對重型數(shù)控機床工作

4、空間尺寸大、誤差辨識難的現(xiàn)狀,提出一種用于重型數(shù)控機床大尺寸空間誤差測量與辨識的方法。該方法利用激光跟蹤儀進行誤差的測量,在對激光跟蹤儀測量誤差進行分析的基礎(chǔ)上,提出利用共形幾何代數(shù)法進行誤差辨識的原理。最后以重型數(shù)控落地銑鏜床為研究對象,進行了幾何誤差的測量與辨識實驗,用最小二乘多項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,提出并實現(xiàn)了一種重型數(shù)控落地銑鏜床滑枕熱伸長誤差的實時在線檢測與補償系統(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時測量出滑枕的熱伸長變形量,并將其實時反饋給數(shù)控系統(tǒng),從而實現(xiàn)重型數(shù)控機床滑枕熱伸長誤差的實時補償。然后針對其余部分熱變形嚴(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)點的溫度變化,并用激光跟蹤儀測量熱誤差,然后對實驗獲得的誤差數(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,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。
　　誤差補償實施策略是誤差補償技術(shù)實現(xiàn)的關(guān)鍵,本文在分析研究綜合誤差補償功能的基礎(chǔ)上,提出了一種用于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的綜合誤差補償實施策略,并開發(fā)了相應(yīng)