多轴精密数控机床误差测量与建模研究

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1、分类号：TH161单位代码：10190研究生学号：201501037密级：公开硕士专业学位论文程亚平2018年6月多轴精密数控机床误差测量与建模研究ResearchonErrorMeasurementandModelingforMulti-AxisPrecisionCNCMachineTools硕士研究生：程亚平校内导师：张恩忠企业导师：邵春平申请学位：工程硕士领域：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：长春工业大学摘要摘要多轴精密数控机床在精密制造领域中的重要性日渐凸显，对该领域的发展具有重要的推动作用，然而其复杂

2、的结构、控制系统的繁琐性等因素影响了多轴精密数控机床加工精度。为提高数控机床加工精度和工作效率，本文以自主研制的四轴、五轴精密数控机床为研究对象，对多轴精密数控机床的几何误差进行测量与分析，建立了几何误差、热误差模型。本文主要研究内容如下：（1）阐述了低序体阵列的描述方法，对齐次坐标变换理论及其推导过程进行了详细介绍。基于多体系统理论，建立五轴精密数控机床几何综合误差模型。（2）利用激光干涉仪对五轴精密数控机床移动轴的几何基本误差项进行测量与分析，发现定位误差是机床几何综合误差的主要影响因素。根据切比雪夫多项式建立基本几何误差项模型，发现该模型逼

3、近程度高。将基本误差项模型代入几何综合误差模型，得到两轴联动工况下的精密数控机床几何综合误差在X、Y、Z方向上的移动和转角误差分量的变化规律。建模过程简单且易于程序化设计，有效提高了光学自由曲面精密数控机床加工精度与效率。（3）利用激光干涉仪对四轴精密数控实验台移动轴的定位误差进行检测。通过对实验数据进行分析发现，定位误差随着温度的升高逐渐增大直至机床达到热平衡状态时其定位误差仅有微小变化。基于模糊C均值聚类和相关性分析优化算法，选择出温度关键点作为热误差建模变量，根据多项式理论和最小二乘法建立四轴精密数控机床移动轴定位误差综合模型。该模型拟合精

4、度高，鲁棒性较好。（4）基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）建立四轴精密数控机床移动轴的热误差预测模型。根据LS-SVM模型计算出移动轴热平衡状态下定位误差的预测值与测量值对比曲线，发现LS-SVM热误差模型预测精度较高。通过对比基于多项式理论的误差模型与LS-SVM误差模型，发现LS-SVM热误差模型性能较好，拟合偏差带宽较窄，均方差较小。关键词：数控机床多体系统模糊C均值聚类支持向量机误差模型IAbstractAbstractMulti-axisprecisionCNCmachinetoolsplayanincreasinglyimport

5、antroleinthedevelopmentofthemanufacturingindustry.However,thecomplexstructureandthecumbersomenessofthecontrolsystemaffectthemachiningaccuracyofmulti-axisprecisionCNCmachinetools.InordertoimprovethemachiningaccuracyandworkefficiencyofCNCmachinetools,thispapertakestheindependen

6、tlydevelopedfour-axisandfive-axisprecisionCNCmachinetoolsastheresearchobject.Throughmeasuringandanalyzingtheerrorsofmulti-axisCNCmachinetools,anerrormodelwasestablished.Themaincontentsandresearchresultsareasfollows:(1)Explainsthedescriptionmethodofthelowsequencearray.Alignmen

7、tsub-coordinatetransformationtheoryanditsderivationprocessareintroducedindetail.Basedonthemulti-bodysystemtheory,ageometriccomprehensiveerrormodelforfive-axisprecisionCNCmachinetoolswasestablished.(2)ThegeometricerrorofthemovingaxisoffiveaxisprecisionCNCmachinetoolswasmeasure

8、dandanalyzedbylaserinterferometer.Itwasfoundthatpositioningerroristh