立式镗铣加工中心综合误差分析与补偿方法

摘要

本文研究数控机床几何误差和切削力引起的切削力误差对机床加工精度的影响。首先对国内外数控机床误差检定技术作了概况与分析，然后基于多体系统理论对机床的几何误差和切削力误差进行综合误差建模。通过实验和仿真模拟来分析机床作圆弧插补运动时径向误差产生的原因。主要研究内容包括以下几个方面：
　　1．基于多体系统理论对三轴数控机床进行综合误差建模。详细阐述了多体系统运动学的基本理论；以Cincinnati Arrow750型数控机床为例，分别对机床的主要零部件(床身、立柱、主轴、刀具、X、Y、Z向滑板、工作台)的几何误差和切削力误差建立数学模型，本文详细推导的立式镗铣加工中心综合误差数学模型具有很强的通用性和可移植性，可以非常容易的移植到其他类型的数控机床误差模型中。
　　2．对数控机床两轴联动状态下的几何误差进行研究。本文以 Cincinnati Arrow750型数控加工中心为研究对象，利用平面正交光栅测量数控机床以不同进给速度、不同经过半径的条件下的圆运动轨迹。根据 ACCOM软件查看各种运动条件下圆运动轨迹的径向误差，通过对实验数据的分析对比，总结出圆插补运动径向误差与进给速度和进给半径之间的变化规律，通过理论分析找到了机床作圆弧插补运动时径向误差与经给速度和进给半径之间的函数关系，其理论推导与实验结果结论相同。最后分析伺服控制系统对数控机床圆运动径向误差的影响。
　　3．研究机床动态特性以及分析切削力对机床加工精度的影响。应用三维制图软件CATIA和有限元分析软件ABAQUS对Cincinnati Arrow750Ⅱ型数控加工中心有限元模型进行动态特性分析，研究激振力下机床的稳定性；然后进行动力学分析，研究加工中心受到切削力影响的变形情况，得出机床加工过程中 X方向为切削力敏感方向，其次是 Y方向，为以后切削力误差补偿提供一种方向。
　　4．研究机床作圆弧插补运动时几何误差对圆径向误差的影响。在Matlab/simulink中搭建模拟仿真系统，对机床几何误差进行模拟仿真。通过在仿真系统中加入单项几何误差来模拟机床做圆插补运动，然后查看其单项误差下圆运动轨迹的轮廓形状。通过分析圆运动轨迹仿真图形与圆运动轨迹实验图形，找到各个单项误差对理论圆弧插补运动轨迹的影响。仿真系统不仅可以模拟机床作标准圆运动时几何误差对圆轨迹的影响，也能够模拟机床作不规则运动时几何误差对运动轨迹的影响。为以后机床的误差补偿打下了坚实的基础。

目录

第1章 绪论

1.1本课题研究的目的与意义

1.2数控机床误差分析及常用测量方法

1.3本文的主要内容

第2章 数控机床综合误差的特性与建模

2.1多体系统运动学的基本理论

2.2三轴立式数控铣床综合误差建模

2.3机床误差分量与径向误差之间复映关系

2.4本章小结

第3章 机床圆运动径向误差的研究与分析

3.1圆运动误差实验

3.2实验结果分析

3.3其他因素对径向误差的影响

3.4本章小结

第4章 数控机床切削力误差分析与补偿方法

4.1建立数控机床的有限元模型

4.2数控机床动态特性分析

4.3数控机床切削力误差仿真

4.4切削力误差预测模型

4.5本章小结

第5章 数控机床几何误差仿真分析与补偿方法

5.1基于Matlab/simulink仿真系统搭建

5.2几何误差仿真

5.3几何误差补偿策略

5.4本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果