基于西门子840D数控系统的三轴加工中心误差检测与补偿技术

摘要

数控机床误差补偿技术是提高机床加工精度十分经济而有效的方法和手段。本文在充分了解和深入分析国内外数控机床误差补偿技术研究、应用现状的基础上，提出了数控机床误差检测、建模和补偿的新方法。通过几何误差、热误差和综合误差实验验证，结果证明该技术是提高数控机床加工精度十分有效、实用的方法。研究内容可分为以下几部分：
　　第一部分介绍了课题的研究背景和意义；对数控机床误差补偿的关键技术——误差源分析、误差建模、误差测量、误差补偿实施技术等国内外研究现状进行概述；介绍了本论文的主要内容。
　　第二部分通过借助于少自由度机器人机构误差建模思想，提出一种可分离数控机床刀具与工件之间可补偿与不可补偿几何误差源的方法，利用该方法建立了 VMC0540ds 三轴加工中心几何误差模型，基于激光干涉仪的几何误差直接辨识方法，检测出机床 12 项可补偿几何误差项，依据西门子 840D 系统几何误差补偿模块的特点，提出几何误差补偿策略。
　　第三部分介绍了在 VMC0540ds 三轴加工中心上进行的几何误差补偿实验，实验内容包含了几何误差的测量和补偿，结果证明基于可补偿项几何误差模型，利用西门子 840D系统几何误差补偿模块实施几何误差补偿的有效性。
　　第四部分介绍了基于西门子 840D 系统温度补偿模块的数控机床主轴热误差检测、建模与补偿技术。首先采集温度和由温度变化导致的热误差，进而回归出温升与主轴热变形的关系，并由此建立热误差数学模型，利用西门子 840D 系统自带的温度补偿模块实施补偿。在三轴加工中心VMC0540ds上进行实验，结果证明主轴热误差由补偿前的14.5错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。，减小到补偿后5.6错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。，补偿效果显著。
　　第五部分介绍了几何误差和主轴热误差综合误差补偿实验。在未实施补偿和实施补偿两种条件下，在 VMC0540ds 三轴加工中心进行了标准件的试切与检测。对比补偿前和补偿后的加工样件，加工轮廓误差降低了37%以上。实验证明基于西门子840D系统的误差检测与补偿技术对提高数控机床的加工精度来说是一项十分有效和实用的技术。
　　第六部分介绍了本文的主要研究内容和创新点以及对今后的工作做出的展望。

目录

封面

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

§1-1 课题研究的背景与意义

§1-2 数控机床误差补偿技术研究概述

§1-3 学位论文的主要内容

第二章 机床几何误差检测与补偿技术的研究

§2-1 几何误差建模

§2-2 几何误差参数辨识

§2-3 几何误差补偿模块

§2-4 几何误差补偿策略

§2-5 本章小结

第三章 几何误差测量与补偿实验验证

§3-1 激光干涉仪测量原理

§3-2 几何误差测量与补偿数据

§3-3 几何误差补偿效果

§3-4 本章小结

第四章 主轴热误差检测建模与补偿技术

§4-1 误差补偿模块与补偿策略

§4-2 主轴热误差测量、建模与补偿实验

§4-3 本章小结

第五章 综合误差补偿实验

§5-1 综合误差补偿实验

§5-2 本章小结

第六章 总结与展望

§6-1 总结

§6-2 主要创新点

§6-3 目前研究工作展望与思考

参考文献

附录A

附录B

致谢

攻读博士学位期间所取得的科研成果