数控机床综合误差分析与建模研究.pdf

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1、主题：科技重大专坝及钼关技术Topics：MajorScienceandTechnologyProgram数控机床综合误差分析与建模研究李志荣①封志明①②(①西华大学机械工程与自动化学院，四川成都610039；②四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065)摘要：分析了影响机床精度的误差来源及运动副的误差运动学原理。以一台三轴数控机床为研究对象，利用低序体阵列描述多体系统拓扑结构，用特征矩阵表示多体系统中间体的相对位置和姿态，建立误差综合数学模型，模型中不仅包含了几何误差且包含了热误差和切削力误差，可为其他类型的机床误差综合建模及补偿提供参考

2、。关键词：多体系统齐次坐标变换误差建模数控机床中图分类号：TH161文献标识码：AAnalysisandmodelingontheerrorsynthesisforCNCmachinetoolsLIZhirong①FENGZhiming①②。(@SchoolofMechanicalEngineeringandAutomation，XihuaUniversity，Chengdu610039，CHN；@SchoolofManufacturingScienceandEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610065，

3、CHN)Abstract：Thesourceerrorandthetheoryofkinematicsoftheerormotionformachinetoolswereanalyzed．Takenathree-axismachinetoolsasstudyobject，thenumberarraysoflow—orderbodywereusedtodescribethetopologicalstructureswhicharetakentogeneralizeandrefineMBS，andthecharacteristicmatriceswe

4、reemployedtorepresenttherelativepositionsandgesturesbetweenanytwobodiesinMBS．Thecomprehensiveerrormathematicalmodelwasestablished．Inthemodelcomponentsofnotonlythegeo-metricerorsbutalsothethermalerrorsandcuttingforceerorwerecovered．Itcanbeforthereferenceoftheerrormodelinganaly

5、sisandtheerrorcompensationonothertypesCNCmachinetools．Keywords：Multi-bodySystem；HomogeneousCoordinateTransformation；ErrorModeling；CNCMachineTools数控机床的加工精度是数控机床性能的主要标志而其广泛应用于复杂机械系统运动误差建模J。如之一。从运动学角度来讲，机床的加工精度最终是由文献[7]基于多体系统理论，建立了加工中心热误差机床上刀具与工件问的相对位移决定的，刀具与工件模型，并提出其误差补偿方法，实践结果

6、表示利用所建间的综合误差(位置及方向误差)会影响刀具与工件立的热误差模型进行误差补偿的效果显著。文献[8]问的相对位移。要提高机床的加工精度必须对机床的采用改进的多体系统建模理论对激光拼焊生产线运动误差进行补偿⋯。误差补偿技术的实施可分为3个步误差进行研究，结果表明所建立的模型能有效预测激骤：误差测量、误差建模及误差补偿，而误差补偿系光拼焊线的运动误差。统的性能主要依赖于所建立的误差模型，因此误差模本文通过分析机床误差来源及各运动副的误差运型成为误差补偿系统的关键因素。国内外研究人员在动学原理，利用齐次坐标变换方法对一台三轴数控机机床误差建模方面

7、做了大量研究J，主要有三角几床进行综合误差建模。何法、误差矩阵法、神经网络法、矢量描述法、刚体运动1机床误差源分析学法和多体系统理论法等。其中多体系统理论对复杂机械系统有较强的概括能力和特有的系统描述方式，在机床加工过程中，各种误差源作用在工件的成可全面考虑影响系统的各项因素及相互耦合关系，因形过程中，使加工进程偏离给定进程，造成成品加工误$国家科技重大专项资助项目(2010ZX04015一O11)·69·ZUl‘耋0l主题：科技重大专项及钼头技术差。误差按其来源来分可分为内部误差和外部误差两外部热源(如室温、辐射、对流等)的作用下，产生热量种。

8、其中内部误差源主要包括加工原理误差、几何误并传给机床各部位产生温差并使各零部件产生热变差、热误差、切削力误差、摩擦力、振动等。大量研究统