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数控机床加工误差补偿技术的研究【优秀设计毕业资料】

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数控机床加工误差补偿技术的研究【优秀设计毕业资料】

摘要   加工精度是机床最重要的性能指标之一。本课题运用多体系统运动学为核心的误差分析理论体系,对三轴数控机床精度问题进行了系统、全面的分析,并重点在数控机床误差测量、误差分析建模、误差辨识以及误差补偿等方面的研究,通过建立误差模型,得出误差在刀具运动过程中的传递规律,给出了过程,为了提高加工精度,从而对机床进行了软件误差补偿。本文主要从以下几个方面的内容进行了研究和探讨   1研究了机床的精度分析的基本理论,对多体系统运动学以及基于该理论的机床误差建模、误差辨识及误差补偿的方法作了科学性的研究。数控机床误差参数的正确辨识是数控机床补偿的必要前提条件。   2详细分析了三坐标9线误差分析方法,以沿X向运动为例,算得六项误差参数,继而同理可以推算出沿Y向和Z向的十二项误差参数,之后又以为例,具体给出其计算方法,同理可推算出其余两项垂直度误差。由此得到21项误差,并以X向为例,做实验,将测得值和计算的两个误差进行比较,发现误差相差比较小。   3详细阐述了软件补偿数控指令的修正算法,再根据此建立了软件补偿系统,分别对软件系统的软硬件流程进行详细阐述,最后通过此项技术的误差补偿,数控机床的各项误差都有所降低,达到了本课题提高机床加工精度的目的。但是本课题的成果尚未应用到生产实际中,在今后的研究中,还要进行大量的实验去获取大量的实际数据,为今后该方法的实际应用奠定基础。   关键词数控机床几何误差多体系统误差补偿Abstract  Themachiningaccuracyisoneofthemostimportantperformanceindexesformachinetools.Theoreticalanalysisofsystemerrorbasedonthekinematicsofmultibodysystemasthecore,thethreeaxisCNCmachinetoolaccuracyproblemanalyzedsystem,comprehensive,andfocusontheNCmachinetoolerrormeasurement,erroranalysis,erroridentificationandtheerrorcompensationmodeletc.,byestablishingtheerrormodel,transferoferrorinthetoolmotionprocessinconclusion,giventheprocess,inordertoimprovethemachiningprecision,thusthesoftwareerrorcompensationofmachinetools.Thefollowingissuesaremainlystudiedandaddressedinthisthesis   1Researchonthebasictheoryanalysisoftheaccuracyofmachinetools,thekinematicsofmultibodysystemandmethodofthetheoryofthemachinetoolerrormodeling,erroridentificationandtheerrorcompensationbasedonthescientificstudy.CorrectlyidentifyingthegeometricerrorparametersisanecessaryprerequisiteforcompensationofNCmachine.   2Afterestablishingtheprecisionmodelofmachinetools,themeasurementandevaluationoftheirerrorparametershavebeenstarted.Therearemanykindsoferrorparametersinthemachinetooltoinfluenceitsmachiningaccuracy.Therecognizedstrategiesoferrormeasurementsandevaluationsformachinetoolsareintroduced.Afterthat,thispaperhasdetailedanewmethoddefinedastwelvelinemethodforthesakeofmakingthemostofdouble.frequencylaserinterferometerstomeasureandevaluate21geometricerrorsofthreeaxissystem.Basedontheseresearches,theproblemsoftheerrormeasurementandevaluationofmachinetoolsintheapplicationprocessofMBStheoriesareresolvedperfectly.   3Thispaperputforwardindexsystemsofmachiningcontourerrors,througherrorcompensationofthistechnology,theNCmachinetoolerrorarereduced,reachestheaimofimprovingthemachiningaccuracyofmachinetools.Buttheresulthasnotbeenappliedtotheactualproduction,infutureresearch,butalsoalargenumberofexperimentstoobtainalargenumberofactualdata,andlaythefoundationforthefutureapplicationofthemethod.   Keywordsmachinecenter;geometricerror;multibodysystem;errorcompensation   目录摘要IIIAbstractIV目录V1绪论11.1数控机床加工误差补偿技术的研究内容和意义11.2国内外的发展概况及分析11.3误差补偿技术研究应达到的要求11.3.1研究的指导思想11.3.2应要达到的要求22数控机床的主要误差来源及补偿方法的研究32.1数控机床的误差来源及分类32.1.1数控机床的误差产生的原因及分析32.1.2数控机床的误差分类32.1.3数控机床的误差补偿技术研究42.2基于多体系统理论的几何误差模型42.2.1多体系统拓扑结构的描述52.2.2实际情况下多体系统的位置关系52.3误差分析及参数辨识72.3.1三坐标误差分析72.3.2数控机床误差补偿的误差参数辨识72.3.3误差补偿的实验与结论102.5本章小结103数控机床加工误差补偿系统113.1几何误差软件补偿法选择与分析113.1.1误差补偿方法的分类与选择113.1.2软件补偿数控指令修正算法113.2误差补偿系统的硬件设计分析143.2.1软件补偿数控指令修正算法143.2误差补偿系统的软件设计分析153.3本章小结204数控机床加工的误差补偿及仿真验证214.1误差补偿系统的软件补偿实验214.1.1数控机床类型及约束参数的设定214.1.2机床误差参数辨识模块224.1.3共建位置及刀具参数输入234.2数控机床误差补偿软件的仿真验证244.2.1针对X向测出的误差前后数据记录254.2.2三坐标轴上误差补偿前后误差值的分析274.3本章小结285结论295.1全文总结295.2存在的问题及分析295.3数控机床加工误差补偿技术的展望29致谢31参考文献32附录33   1绪论1.1数控机床加工误差补偿技术的研究内容和意义   在现今高科技环境下,制造领域正向高精度、高质量、高集成度和智能化方向发展,人们对机械产品的精度和质量要求越来越高,要求必须采用高精密制造加工技术,而作为制造加工的主要设备数控机床的精度技术,已成为提高制造水平和国际竞争力的关键技术1。为了提高我国制造业在国际市场的竞争力,必须提高数控机床加工精度,提高加工精度重要措施之一是采用误差补偿技术。一方面它无需对机床进行硬件改造,另一方面误差补偿技术也无需投入大量资金,便可较大幅度地提高机床的加工精度,它成为不仅促进了机械技术发展,而且起到推广作用。因此,误差补偿技术逐步发展成为当今提高数控机床加工精度的主要方法。以往我们主要集中对数控机床技术在机床数控化方面的研究,而忽略了对数控机床精度问题的研究。近年来,随着我国制造业在国际市场的膨胀,我们逐渐开始关注数控机床的性能,数控机床的精度等,材料、制造、安装、检测、控制、环境等诸多因素都会影响数控机床的精度。我们通过对这些影响因素的综合分析与控制,可同时具备运行高速化、加工高精度化的性能2。因此,根据当今机械制造业发展的现状和趋势,我们需要在对国际数控机床技术进行跟踪和超前研究的同时,需要投入人才和资金对一些如高性能的数控系统、高精度伺候控制技术、高精度主轴驱动技术和有效的精度保障技术,以及基础理论之类的制约数控机床加工精度的关键技术进行研究3。这样才能从整体上提高数控机床现有水平,提高数控机床的加工精度,为更高层次的综合自动化的开发以及更高层次的精度制造技术的发展奠定基础4。1.2国内外的发展概况及分析最早发现机床热变形现象并进行研究的国家之一是瑞士。1933年,瑞士通过对坐标镗床进行测量分析后发现机床热变形是影响定位精度的主要因素5。由此开始了机床误差的检测、建模和补偿技术研究。就目前来看,在机床误差检测、建模和补偿技术研究和应用中比较有影响的有美国密西根大学、日本东京大学、日立精机、德国柏林工业大学等6。其中,美国的密西根大学1996年成功地将热误差补偿技术实施于美国通用(GM)公司下属一家离合器制造厂的150多台车削中心上,使加工精度提高1倍以上7。近年来,数控机床加工误差补偿技术以其强大的技术生命力快速地被各国技术人员所认识,并使之得以迅速发展壮大,而今已经成为现代化精密工程的重要技术支柱之一12。但从国内来看,数控机床误差补偿技术在工业中应用的例子并不是很多,还没有达到商业化的程度13。目前国内误差补偿技术的研究还停留在实验室阶段,还没有看到企业大批量应用误差补偿技术,这说明数控机床误差补偿技术的理论和技术的研究还有待开发14。1.3误差补偿技术研究应达到的要求1.3.1研究的指导思想本论文针对软件误差补偿技术在工业领域难以获得普遍应用问题,提出了用误差补偿器取代原来的PC机,来实现误差补偿的目的。详细阐述了误差补偿技术涉及的多体系统理论学,并利用软件模拟系统实现误差的补偿,用HP双频激光干涉仪对数控加工中心进行误差测量及辨识的主体思想。该研究对误差补偿技术的应用具有重大的理论价值和实际意义。1.3.2应要达到的要求通过对数控机床加工误差的主要原因及误差来源进行理论分析,针对几何误差进行多系统理论建模,利用软件模拟系统来实现误差的补偿,用HP双频激光干涉仪来证实误差补偿前后精度的提高。

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