五轴数控机床刀具姿态及运动误差同步检测仪研究

摘要

数控机床的运动精度是评价其加工性能的一项重要指标，也很大程度上决定了零件的加工质量。仪器检测法作为一种高效、便捷的检测手段已广泛应用于检验各类数控机床的运动精度，然而对于五轴数控机床，现有的仪器检测法显现出了一定的局限性和繁琐性。
　　由于大部分的五轴数控机床都具备RTCP（Rotationtoolcenterpoint）功能，在该功能下通过数控程序规划RTCP轨迹可以控制机床刀具刀尖点相对工件坐标系保持静止，而机床的旋转轴和平移轴可以在较大范围内运动。基于该功能研制的R-test检测仪也因待检范围的缩小提高了检测精度，简化了检测过程，但其仅具备了机床的运动误差检测功能，并存在不确定的延时问题，无法为机床的参数调整和故障机床的溯源提供更有利的数据指导。针对这一问题本文提出了一种五轴机床刀具姿态及运动误差同步检测方案，实现了机床刀具运动误差与各运动轴位置的实时同步检测。本文的主要研究内容包括以下几个方面：
　　1、根据RTCP轨迹下机床转动轴与平动轴之间的位置约束关系分析机床刀具姿态与运动误差同步检测方案的可行性；针对现有的检测方案，分析系统延时所引起的测量偏差问题，介绍同步检测的必要性。
　　2、结合检测仪的功能需求采用运动分解的方法对检测仪进行模块化的结构方案设计，完成同步检测仪整体机械结构的详细设计与关键器件的选型；根据检测仪运动误差测量部分的结构形式建立数学模型，分析最大有效可测空间与测量灵敏度，确定运动误差测量部分的关键结构参数。
　　3、基于多体系统理论的误差建模方法，建立同步检测仪的运动误差和姿态角测量精度的数学模型；并依据所建立的数学模型分别对运动误差测量链和姿态角测量链中误差项的影响规律进行仿真与分析。
　　4、依据各误差元素的影响规律曲线，划分检测仪所包含误差元素的主次关系；通过建立芯轴轴系的径向尺寸链，计算多种情况下轴系径向跳动误差的不确定度；分析球头所含误差项对测量结果的影响情况，提出球头回转误差的标定方法。

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第一章 绪论

1.1 五轴机床运动误差及其检测技术

1.2 国内外R-test检测仪发展及应用现状

1.3 机床运动误差与轴位置同步测量的意义

1.4 课题来源及论文结构

第二章 数控机床RTCP功能及检测的实时性分析

2.1 五轴数控机床的RTCP功能

2.2 检测过程中机床轴间约束关系与RTCP轨迹

2.3 非同步检测方式的数据滞后问题

2.4 同步检测系统组成与测量原理

2.5 本章小结

第三章 同步检测仪结构设计与参数优化

3.1 同步检测仪结构组成及相关技术指标

3.2 同步检测仪机械结构设计

3.3 运动误差测量部分的可测空间分析

3.4 运动误差测量的灵敏度分析

3.5 最优结构参数的确定

3.6 本章小结

第四章 同步检测仪误差的影响规律分析

4.1 基于多体系统理论的误差求解方法

4.2 同步检测仪测量精度的建模

4.3各误差分量对测量结果准确性的影响规律

4.4 误差影响规律分析对结构设计的指导

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 前景展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果