多軸數(shù)控機(jī)床準(zhǔn)靜態(tài)空間誤差建模及誤差辨識方法研究.pdf

1、隨著我國制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的深入發(fā)展，各行業(yè)對精密機(jī)械產(chǎn)品的需求量不斷攀升。數(shù)控機(jī)床作為制造業(yè)的基礎(chǔ)裝備，其加工精度直接影響工件的品質(zhì)。因此，數(shù)控機(jī)床加工精度一直是學(xué)術(shù)界和工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。然而，精度和誤差是一對相互矛盾關(guān)系，揭示數(shù)控機(jī)床各種誤差產(chǎn)生的機(jī)理、研究誤差建模及控制方法是提高數(shù)控機(jī)床加工精度亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。為了解決上述問題，本論文深入研究多軸數(shù)控機(jī)床準(zhǔn)靜態(tài)空間誤差建模及誤差項(xiàng)檢測辨識方法，并結(jié)合機(jī)床實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證所提出方法的

2、正確性和可行性。本論文的主要研究工作和成果如下：
　　（1）提出一種基于增量矩陣的空間誤差建模方法：采用增量的形式探討機(jī)床相鄰體間的實(shí)際坐標(biāo)變換，通過疊加相鄰體間位姿引起的誤差求解機(jī)床總空間誤差，為直觀識別多軸數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵誤差源提供依據(jù)?；谒岢龅慕７椒ǎ梦⒎址ń⒘藬?shù)控機(jī)床誤差靈敏度分析模型，為數(shù)控機(jī)床精度分配、局部誤差補(bǔ)償提供理論依據(jù)。采用所提出的建模方法，建立了三軸數(shù)控機(jī)床和五軸 RTTTR型數(shù)控機(jī)床空間綜合誤差模型

3、，并對兩種數(shù)控機(jī)床進(jìn)行誤差靈敏度分析。
　?。?）設(shè)計(jì)多軸數(shù)控機(jī)床移動軸和旋轉(zhuǎn)軸誤差檢測實(shí)驗(yàn)，建立了誤差辨識模型：利用球桿儀將旋轉(zhuǎn)軸位移誤差和轉(zhuǎn)角誤差進(jìn)行分開測量辨識，以RTTTR型五軸聯(lián)動機(jī)床的A、C軸為研究對象，采用軸向和徑向測量法測量辨識位移誤差；結(jié)合A、C軸的具體特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了兩軸轉(zhuǎn)角誤差檢測實(shí)驗(yàn)，建立了轉(zhuǎn)角誤差辨識模型。針對激光干涉儀九線測量法對測點(diǎn)要求嚴(yán)格、誤差項(xiàng)計(jì)算值含累積誤差、直線度測量值含垂直度問題，提出改進(jìn)措

4、施并建立新的移動軸誤差辨識模型。對五軸龍門機(jī)床 QLM27100-5X開展移動軸誤差檢測辨識，探討三軸移動引起的空間幾何誤差和熱誤差分布，并對空間幾何誤差進(jìn)行靈敏度分析，驗(yàn)證了所提出的誤差辨識方法的可行性。
　?。?）建立了多軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸幾何誤差支持向量機(jī)模型和基于熱變形修正系數(shù)的位移熱誤差模型：基于多軸數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸幾何誤差測量數(shù)據(jù)樣本少、非線性強(qiáng)的特點(diǎn)，建立移動軸和旋轉(zhuǎn)軸幾何誤差支持向量機(jī)模型；針對當(dāng)前研究忽略移動軸軸向和

5、徑向熱變形系數(shù)不一致、對熱誤差特性把握不全面的問題，從分析移動軸熱變形機(jī)理著手，考慮晶體材料線膨脹系數(shù)和體膨脹系數(shù)的關(guān)聯(lián)性，從理論上修正絲杠軸向和徑向熱變形公式，根據(jù)移動進(jìn)給系統(tǒng)溫度場非均勻性特點(diǎn)，建立基于熱變形修正系數(shù)的定位熱誤差和直線度熱誤差模型；以五軸龍門機(jī)床QLM27100-5X的移動進(jìn)給系統(tǒng)為研究對象，驗(yàn)證了兩種模型的精度。
　?。?）提出基于最優(yōu)閾值的溫度變量分組方法，以分組得到的典型溫度變量作為建模自變量，建立主軸熱

6、誤差分片逆回歸模型：以模糊聚類和相關(guān)性分析為基礎(chǔ)，提出一種基于最優(yōu)閾值的溫度變量分組方法，解決熱誤差建模中溫度變量分組過于依賴經(jīng)驗(yàn)的問題；基于該方法獲取最佳建模溫度變量，提出分片逆回歸熱誤差建模方法，解決了當(dāng)前常見的熱誤差回歸模型函數(shù)形式固定、做長期預(yù)測時(shí)精度不高的問題，提高了熱誤差模型的泛化性和外推能力；采用所提的方法，對臥式加工中心 MCH63進(jìn)行溫度變量分組，找出最佳溫度變量用于主軸熱誤差分片逆回歸建模，分析顯示模型精度良好。