重型数控落地铣镗床综合误差补偿研究

摘要

重型数控落地铣镗床具有开放式结构，适合大型零部件高精度平面和孔系的加工，但是精度不足限制了该机床的应用。针对该机床空间误差进行控制和补偿有着重要的现实意义和研究价值。然而对该类机床的精度检测和误差补偿技术的研宄还不够完善。
　　本文首先对重型数控落地铣镗床进行了误差溯源分析，在提出了该机床的几何误差和热误差的耦合方式的基础上，建立了包含几何与热耦合误差和动态跟踪误差的综合误差模型，并推导了机床误差敏感系数矩阵。
　　分析误差测量不确定度并提出测量精度保持方法。依据统计方法得到了激光跟踪仪测量要素的不确定度分布。通过实验研宄得出了机床低温升时以热漂移误差为主要热误差形态的特性，建立了空间测量点热漂移误差模型，测量得出了机床重复定位误差的分布，综合跟踪仪和机床对测量不确定度的影响，依据乂0时60^110法评估了测量不确定度。为降低测量不确定度，优化了跟踪仪的测量站位，同时提出了工作空间分割和多站位测量方法，通过实验验证了上述方法对降低测量不确定度的有效性。
　　在分区测量空间误差的基础上辨识几何误差。依据误差敏感系数矩阵分析得到了空间误差对几何误差的敏感性以及机床空间尺寸〔V轴、从轴、2轴坐标和刀具尺寸〉对敏感性的影响规律。在此基础上提出了采用激光跟踪仪的四线制测量与粒子群优化算法相结合的几何误差辨识方法。该方法引入了粒子群优化算法，辨识得到了垂直度误差、线性位移误差和转角误差。以激光干涉仪的测量结果为依据对比验证了上述误差辨识方法的有效性。
　　为辨识动态跟踪误差建立了机床的跟随误差和圆轨迹轮廓误差模型。测量了机床X轴和V轴联动的圆轨迹误差，分析得到圆轨迹误差随机床运动参数的变化规律，基于此变化规律研宄了动态跟踪误差和准静态误差的解耦方法。结合圆轨迹轮廓误差模型和解耦得到的动态跟踪误差，辨识得到了机床运动轴的参数，通过试验验证了预测模型精度。
　　基于辨识得出的综合误差模型参数建立了误差模型，验证了综合误差模型预测精度，并着重开展了基于有限元方法人878软件）和实验方法的机床2向空间误差溯源分析，建立了主轴箱体结构热变形的误差尺寸链，阐述了2向热漂移误差的产生原因。针对热漂移误差设计开发了基于因瓦合金杆的热误差实时测量与补偿系统。
　　本文采用自主开发的适用于西门子数控系统的误差补偿器，补偿机床静态空间误差，实验验证了补偿的有效性。依据辨识得到的伺服参数，调整系统动态适配时间，机床圆轨迹误差降低了807。开展了热漂移误差补偿装置在西门子数控系统中的应用方法研究，补偿前后的对比结果验证了补偿系统的稳定有效性。最终，将误差补偿技术综合应用到重型数控落地铣镗床中，补偿效果显著，加工误差降低357。以上。

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第1章 绪 论

1. 1课题背景及研究目的和意义

1.2 机床误差补偿技术的研究现状

1.3 数控落地铣镗床的误差测量和补偿技术存在的主要问题

1.4 本文的主要研究内容

第2章重型数控落地铣镗床的综合误差分析与建模

2.1 引言

2 .2 重型数控落地铣镗床的误差溯源分析

2 .3 综合空间误差模型

2 .4 本章小结

第3章大尺寸空间误差测量不确定度分析及分区 测量技术

3.1 引言

3 .2 重型数控落地铣镗床空间误差测量的不确定度

3 .3基于Monte Carlo法的测量不确定度评定

3 .4激光跟踪仪测量站位优化

3 .5重型数控落地铣镗床空间误差分区测量

3 .6空间误差的分区实例

3 .7本章小结

第4章重型数控落地铣镗床几何误差辨识

4 .1引言

4 .2误差敏感性分析

4 .3几何误差辨识

4 .4误差测量及辨识的验证与分析

4 .5本章小结

第5章重型数控落地铣镗床动态伺服参数辨识

5 .1引言

5 .2机床跟踪误差建牛吴

5 .3基于顺逆圆轨迹误差的跟踪误差解耦

5 .4动态跟踪误差模型参数辨识及误差预测

5 .5本章小结

第6章综合误差模型精度验证与滑枕热漂移误差分析

6 .1引言

6 .2综合误差模型预测精度验证

6 .3滑枕热漂移误差的溯源分析

6 .4热漂移误差补偿方法研究

6 .5本章小结

第7章重型数控落地铣镗床综合误差补偿实验验证

7 .1引言

7 .2静态误差补偿技术应用

7 .3动态跟踪误差补偿技术应用

7 .4热漂移误差补偿技术应用

7 .5滑枕几何与热误差补偿试验验证

7 .6 重型数控落地铣镗床加工精度检验

7 .7本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其他成果

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致谢

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