数控机床误差检测与补偿技术的研究与应用

摘要

数控机床作为机械加工的工作“母机”直接影响着制造业的发展，五轴数控机床更是代表着一个国家先进生产力的水平。加工精度是衡量数控机床性能的唯一标准，如何减小误差提高精度，是每个机床制造商都在努力解决的问题。因此，分析误差的类型、产生的原因，找寻合理的误差建模方法，并进行有效的测试与补偿对提高机床加工精度有着重要的现实意义。
　　由机床制造缺陷和装配变位引起的几何误差和由内外热源引起的热变形而产生的热误差，是机床最为突出的两个误差源。采用基于多体动力学的误差建模方法对机床的误差进行综合建模分析，并利用双频激光干涉仪及球杆仪等仪器对误差模型中的数值进行测量，整理测试数据进行误差的补偿，从而实现机床精度的提高是本文研究的主要内容。
　　为了进一步验证误差建模、测量及补偿方法的有效性，本文以HTM40100h卧式车铣复合加工中心为研究对象，以X轴，Y轴，Z轴三个直线轴，及B轴和C轴两个回转轴为对象，依据误差综合模型对各轴误差进行数据测量，并将测试的数据通过机床配置的840D数控系统进行离线补偿，同时，通过进给速度的在线控制来补偿数控系统的加工轮廓误差。从最终的控制效果图上可以看出，所采用的方法对机床的综合误差进行了有效的控制，机床加工精度显著提高。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 数控机床的发展历程

1．2．1 数控机床的历史

1．2．2 五轴数控机床的发展

1．2．3 我国五轴机床的发展

1．3 数控机床的发展趋势

1．4 选题依据、目的和意义

第2章 HTM40100h车铣加工中心

2．1 HTM40100h技术特征参数

2．2 HTM40100h主机结构

2．3 HTM40100h核心部件结构

2．3．1 高速刀具主轴

2．3．2 高刚性高定位精度B轴

2．3．3 高速车削主轴

2．3．4 液压尾台

2．3．5 高速进给系统

2．4 西门子840D数控系统

2．4．1 SINUMERIK 840D数控系统性能

2．4．2 SINUMERIK 840D数控系统硬件组成

2．4．3 SlNUMERIK 840D数控系统软件结构

2．5 本章小结

第3章 基于多体动力学的误差建模方法的应用

3．1 数控机床误差的分类

3．2 机床的几何误差

3．2．1 主要几何误差因素

3．2．2 五轴机床运动轴单项几何误差

3．3 数控机床的热误差

3．3．1 产生机床热变形的原因

3．3．2 热变形对精度的影响

3．4 其他误差

3．5 基于多体动力学理论的误差建模方法

3．5．1 多体系统理论

3．5．2 多体系统理论的发展

3．5．3 拓扑结构及低序体阵列

3．5．4 系统中典型物体的描述

3．5．5 变换矩阵的表达方式

3．5．6 多体系统运动误差分析

3．6 HTM40100h基于多体动力学的误差模型

3．6．1 车铣复合机床综合误差模型

3．6．2 基于MBS的机床误差建模流程

3．6．3 车铣复合加工中心多体系统拓扑结构

3．6．4 相邻体间运动分析

3．6．5 车铣复合加工中心误差模型

3．7 本章小结

第4章 HTM40100h车铣加工中心误差的检测与补偿

4．1 数控机床误差的检测技术

4．2 激光干涉测量技术

4．2．1 激光干涉仪工作原理

4．2．2 双频激光干涉仪的测量精度

4．3 球杆仪误差测量技术

4．3．1 球杆仪测试技术的发展

4．3．2 球杆仪测量原理

4．3．3 球杆仪的误差识别

4．4 HTM40100h误差检测与补偿

4．4．1 误差检测及数据处理

4．4．2 误差补偿及分析

4．5 本章小结

第5章 HTM40100h轮廓误差控制

5．1 轮廓误差控制系统的结构

5．1．1 误差控制器模型

5．1．2 读取及显示

5．2 进给速度控制计算

5．2．1 轮廓误差合成

5．2．2 进给速度倍率计算

5．2．3 进给速度倍率输出

5．3 轮廓误差控制的实现

5．3．1 轮廓误差控制器与数控系统的关系

5．3．2 数控系统的三环控制结构

5．3．3 控制程序的配置

5．4 轮廓误差控制实验与效果

5．5 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢