超精密机床误差补偿技术和切削性能研究

摘要

超精密数控机床在现代制造业中占据的地位日渐显著，能够完成结构相对比较复杂的零件的加工，并且可以提高零件的加工精度。在现代化生产活动中，数控机床不仅可以满足自动化生产的需要，还可以保证生产零件的加工精度。软件误差补偿法可以在不修改原机械机构的基础上实现更高的加工精度。
　　根据多体系统运动学理论与机床的结构特点，建立机床运动模型和机床误差模型。理想刀具路线通过理想机床运动模型可以推导出数控指令，进而通过实际机床运动模型可以推导出实际刀具轨迹，从而可以求得偏差及误差补偿的方法，运用VC++开发了机床误差补偿软件，实现机床的误差补偿。搭建数控机床的闭环伺服数控系统，选用UMAC作为控制器，高精度光栅尺作为反馈元件，完成控制器、驱动器、电机及其反馈原件的连接。数控系统硬件部分搭建完成之后，进行电机调试，并运用VC++开发基于UMAC的数控操作系统。
　　准确进行机床误差的测量，并将测量得到的误差数据应用于误差模型，并进行误差补偿。运用激光干涉仪对机床导轨的运动位移误差进行测量，运用激光多普勒测量仪对机床导轨运动直线度误差进行测量。对测量到的数据进行归纳总结，进行基于九线法的误差参数辨识，获得机床数控平台的13项误差。处理通过误差辨识获得各项误差数据，并应用机床的误差补偿软件进行误差补偿仿真。
　　通过机床切削性能研究，对机床主轴进行了动平衡调试试验，从调试结果可知机床主轴动平衡性能得到了极大的提高。进行了机床主轴动平衡调试前后的机床切削实验，把车削工件表面粗糙度作为衡量机床切削性能优劣的标准。通过超高精度霍普森粗糙度轮廓度仪测量可知，调试前后工件表面粗糙度提高了很多。此外进行了机床不同主轴转速的工件切削实验，并通过对比不同主轴转速时工件的端面质量说明主轴转速对机床切削性能的影响。

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第1章 绪 论

1.1课题来源

1.2 课题研究背景和意义

1.3 国内外发展概况及研究现状

1.4 本课题研究内容

第2章 数控机床误差分析与建模

2.1数控机床误差分析

2.2数控机床几何误差及其表示

2.3数控机床几何误差建模

2.4本章小结

第3章 数控机床误差参数辨识方法的研究

3.1数控机床误差参数测量实验

3.2数控机床误差参数辨识方法研究

3.3数控机床误差参数辨识

3.4本章小结

第4章 数控机床误差补偿技术研究

4.1数控机床误差补偿方法概述

4.2数控机床软件误差补偿原理

4.3数控机床误差补偿仿真

4.4本章小结

第5章 机床数控系统搭建及切削性能研究

5.1基于UMAC数控系统的研究与开发

5.2数控机床切削性能的研究

5.3本章小结

结论

参考文献

声明

致谢