五軸數(shù)控機床誤差綜合建模與測量技術.pdf

1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的不斷發(fā)展，精密和超精密加工技術扮演著越來越重要的角色。數(shù)控機床作為發(fā)展新興高新技術產業(yè)和尖端工業(yè)的基礎裝備，被廣泛應用于生產現(xiàn)場。當前對五軸數(shù)控機床誤差綜合建模及測量技術的研究還比較少，在國家科技重大專項“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”的支持下，本課題致力于研究五軸數(shù)控機床誤差綜合建模、幾何誤差的分步對角線快速測量、熱誤差的溫度布點優(yōu)化以及誤差元素建模等相關內容。本文的主要研究內容有：
　?。?）五軸數(shù)控機床誤差源及

2、誤差運動學分析。本文詳細分析了五軸機床的結構特征及其主要誤差源，分別對機床的移動副和轉動副誤差元素進行了分析，給出了機床全部的幾何及熱誤差元素。進行了機床誤差運動學分析，分別給出了移動副和轉動副的誤差運動學方程，為誤差綜合建模打下基礎。
　?。?）通過對五軸數(shù)控機床的結構和相互運動關系分析，建立雙轉臺五軸數(shù)控機床誤差綜合模型。將機床刀具相對于工件的運動用多剛體間的位姿關系來描述，將刀具和工件間的關系表達為刀具到床身之間的“刀具－床

3、身”運動鏈和工件到床身之間的“工件－床身”運動鏈間的位姿關系。首先利用剛體間的標準齊次坐標變換技術對雙轉臺五軸數(shù)控機床進行了誤差綜合建模,然后基于小誤差假設，對誤差綜合模型進行簡化，得出該數(shù)控機床的誤差綜合數(shù)學模型，并驗證了模型的正確性。
　?。?）進行數(shù)控機床空間誤差的分布對角線快速測量方法研究。五軸機床結構復雜，待檢測的幾何誤差元素比較多，直接測量法雖然精度高，但是效率比較低。為此，本文使用空間誤差的分步對角線測量方法，通過分

4、步測量機床工作空間的四條體對角線方向誤差，再結合相應的幾何誤差辨識技術，可以快速得到機床的9項位置誤差和3項垂直度誤差。
　?。?）進行熱誤差測量系統(tǒng)及溫度布點優(yōu)化研究。本研究利用實驗室開發(fā)的溫度和熱誤差檢測系統(tǒng)進行了溫度及熱誤差數(shù)據(jù)采集，獲得了機床溫度場及主軸熱誤差數(shù)據(jù)。并基于偏相關分析原理，找到了影響主軸熱誤差的敏感熱源，大大減少了溫度測點數(shù)量，實現(xiàn)了熱誤差溫度布點的優(yōu)化。
　?。?）建立五軸數(shù)控機床的誤差元素模型，誤差