五軸數(shù)控機(jī)床誤差綜合建模與測(cè)量技術(shù).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(shù)扮演著越來(lái)越重要的角色。數(shù)控機(jī)床作為發(fā)展新興高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和尖端工業(yè)的基礎(chǔ)裝備，被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。當(dāng)前對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床誤差綜合建模及測(cè)量技術(shù)的研究還比較少，在國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”的支持下，本課題致力于研究五軸數(shù)控機(jī)床誤差綜合建模、幾何誤差的分步對(duì)角線快速測(cè)量、熱誤差的溫度布點(diǎn)優(yōu)化以及誤差元素建模等相關(guān)內(nèi)容。本文的主要研究?jī)?nèi)容有：
　?。?）五軸數(shù)控機(jī)床誤差源及

2、誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。本文詳細(xì)分析了五軸機(jī)床的結(jié)構(gòu)特征及其主要誤差源，分別對(duì)機(jī)床的移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副誤差元素進(jìn)行了分析，給出了機(jī)床全部的幾何及熱誤差元素。進(jìn)行了機(jī)床誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，分別給出了移動(dòng)副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的誤差運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，為誤差綜合建模打下基礎(chǔ)。
　?。?）通過(guò)對(duì)五軸數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和相互運(yùn)動(dòng)關(guān)系分析，建立雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床誤差綜合模型。將機(jī)床刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)用多剛體間的位姿關(guān)系來(lái)描述，將刀具和工件間的關(guān)系表達(dá)為刀具到床身之間的“刀具－床

3、身”運(yùn)動(dòng)鏈和工件到床身之間的“工件－床身”運(yùn)動(dòng)鏈間的位姿關(guān)系。首先利用剛體間的標(biāo)準(zhǔn)齊次坐標(biāo)變換技術(shù)對(duì)雙轉(zhuǎn)臺(tái)五軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)行了誤差綜合建模,然后基于小誤差假設(shè)，對(duì)誤差綜合模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出該數(shù)控機(jī)床的誤差綜合數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證了模型的正確性。
　?。?）進(jìn)行數(shù)控機(jī)床空間誤差的分布對(duì)角線快速測(cè)量方法研究。五軸機(jī)床結(jié)構(gòu)復(fù)雜，待檢測(cè)的幾何誤差元素比較多，直接測(cè)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(duì)角線測(cè)量方法，通過(guò)分

4、步測(cè)量機(jī)床工作空間的四條體對(duì)角線方向誤差，再結(jié)合相應(yīng)的幾何誤差辨識(shí)技術(shù)，可以快速得到機(jī)床的9項(xiàng)位置誤差和3項(xiàng)垂直度誤差。
　?。?）進(jìn)行熱誤差測(cè)量系統(tǒng)及溫度布點(diǎn)優(yōu)化研究。本研究利用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的溫度和熱誤差檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了溫度及熱誤差數(shù)據(jù)采集，獲得了機(jī)床溫度場(chǎng)及主軸熱誤差數(shù)據(jù)。并基于偏相關(guān)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(cè)點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了熱誤差溫度布點(diǎn)的優(yōu)化。
　　（5）建立五軸數(shù)控機(jī)床的誤差元素模型，誤差