基于“S”形检验试件的数控机床动态因素误差分析及溯源

摘要

高档数控机床的动态性能是影响机床加工精度的主要原因，目前国内外对于多轴机床动态性能测试缺乏相应的评定标准，基于生产经验提出的“S”形检测试件具有开闭角、曲率多变、薄壁低刚度等几何特征，能够在一定程度上反映出机床的动态性能，并在实际工程应用中取得了一定成功，但尚未建立“S”试件与机床因素间的关联关系，缺少从试件出发的测评五轴联动数控机床加工精度的理论。
　　本文从“S”形检测试件和高速五轴数控铣床两方面出发，分别研究了“S”试件的几何和工艺特性、机床加工过程中的精度演化和基于“S”试件的机床误差溯源方法。主要研究内容如下：
　　1.建立“S”试件的数学模型，应用微分几何理论分析试件的几何属性及加工特性。针对“S”试件的几何特性研究加工“S”试件时理论误差的产生机理，划定“S”试件上反映机床加工性能的重点区域。
　　2.建立机床空间误差模型，其是研究机床动态性能演化规律的基础。基于MATLAB软件建立平动轴和转动轴的伺服系统仿真模型，采用多体运动学耦合各轴运动，描述出机床刀具在绝对坐标系中的位置和姿态。结合误差模型深入分析不同机床因素对“S”试件法向误差的影响机理。
　　3.应用模糊数学理论建立机床因素溯源模型，实现对机床加工能力影响较大的因素进行溯源。在误差溯源的基础上，应用BP神经网络理论建立溯源因素的量化辨识模型。从而达到保障机床加工精度、提高机床加工性能的目的。
　　4.基于正交试验理论设计“S”试件切削试验，应用多元线性回归方法对实验结果进行分离，获取机床单因素对“S”形检测试件的误差影响规律，通过试切实验结果及回归分析结论来验证“S”试件误差仿真模型和误差溯源模型的准确性。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 多轴数控机床的国内外研究现状

1.3论文内容及技术路线

第二章 “S”试件形面建模及几何特性分析

2.1“S”试件数学模型

2.2 “S”形检测试件的几何特性分析

2.3 “S”试件加工原理误差分析

2.4 本章小结

第三章 数控机床加工的空间法向误差数学模型

3.1 进给伺服系统的数学模型

3.2 五轴数控机床空间法向误差建模

3.3 “S”试件空间法向误差仿真

3.4 本章小结

第四章 数控机床误差溯源与辨识

4.1 五轴数控机床误差溯源模型

4.2 BP神经网络原理

4.3 五轴机床误差因素辨识模型

4.4 本章小结

第五章 “S”试件切削实验设计及仿真验证

5.1 “S”试件切削实验设计

5.2 实验结果分析

5.3 “S”试件空间误差模型验证

5.4 “S”试件误差辨识模型验证

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 前景展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果