精密臥式加工中心幾何精度設(shè)計(jì)及誤差補(bǔ)償方法研究.pdf

1、本文圍繞精密臥式加工中心設(shè)計(jì)制造關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)工程需求，研究數(shù)控機(jī)床幾何精度設(shè)計(jì)及誤差補(bǔ)償?shù)南嚓P(guān)理論與方法，將研究成果用于一臺(tái)典型箱中箱結(jié)構(gòu)臥式加工中心的設(shè)計(jì)與制造，并實(shí)現(xiàn)其空間誤差補(bǔ)償。全文取得了如下創(chuàng)造性成果：
　　在數(shù)控機(jī)床幾何誤差建模方法研究方面，以旋量理論與多體運(yùn)動(dòng)學(xué)理論為數(shù)學(xué)工具，全面考慮影響刀具與工件間位置和姿態(tài)誤差的全部獨(dú)立幾何誤差源，建立可將影響兩者間可補(bǔ)償與不可補(bǔ)償位姿誤差的幾何誤差源有效分離的通用誤差模型，為

2、采用精度設(shè)計(jì)與補(bǔ)償手段改善機(jī)床幾何精度提供了重要理論依據(jù)。
　　在數(shù)控機(jī)床幾何精度分析與設(shè)計(jì)方法研究方面，以區(qū)間分析理論為數(shù)學(xué)工具，定義了誤差靈敏度指標(biāo)，用于定量描述幾何誤差源對刀具與工件間精度影響；建立導(dǎo)軌制造安裝誤差與運(yùn)動(dòng)部件六維位姿誤差間的誤差映射模型，基于蒙特卡洛仿真形成兩者間誤差映射經(jīng)驗(yàn)公式，為精度分配提供了重要的理論依據(jù)；建立基于區(qū)間優(yōu)化理論的精密臥式加工中心幾何精度優(yōu)化分配模型，以導(dǎo)軌制造與安裝精度為設(shè)計(jì)變量，刀具與

3、工件間全域最大誤差為約束條件，誤差靈敏度指標(biāo)為分配權(quán)重，實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)精密級臥式加工中心的重要大件的公差設(shè)計(jì)。在給定幾何精度約束下，該方法具有可將誤差源公差值松弛至最大可行區(qū)間的優(yōu)點(diǎn)。
　　在數(shù)控機(jī)床幾何誤差源辨識方法研究方面，提出一種基于球桿儀檢測信息的幾何誤差源快速辨識方法。該方法首先利用多項(xiàng)式函數(shù)描述機(jī)床位置相關(guān)幾何誤差源，并構(gòu)造出機(jī)床幾何誤差源與球桿儀桿長誤差之間的誤差映射模型；其次采用僅需單次安裝即可實(shí)現(xiàn)空間大范圍檢測的球桿

4、儀運(yùn)行軌跡并通過誤差參數(shù)可辨識性分析，構(gòu)造出包含球桿儀安裝位置誤差的的誤差辨識模型。在此基礎(chǔ)上提出一種基于嶺估計(jì)的幾何誤差參數(shù)辨識算法，可獲得穩(wěn)定可靠的誤差參數(shù)辨識結(jié)果。計(jì)算機(jī)仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明、本文提出的方法是是正確的和有效的。
　　在數(shù)控機(jī)床的空間誤差補(bǔ)償方法研究方面，提出一種空間誤差補(bǔ)償策略。該策略采用激光干涉儀獲取機(jī)床幾何誤差源信息，利用前述幾何誤差模型預(yù)估工作空間網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)三維誤差，并采用三維插值算法求解空間任意點(diǎn)處的空間