基于多体系统理论的龙门机床误差场分析

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着机床加工精度要求的不断提高，对机床误差的研究越来越深入。作为机床误差的重要组成部分，几何误差和热误差的研究成为提高机床加工精度的重要途径。本文旨在研究龙门机床运动空间内各点误差的影响因素和变化规律。主要工作如下：(1)对机床运动传递进行分析，建立其拓扑结构；采用刚体运动学和齐次坐标矩阵转换，给出机床三轴进给系统的移动副的误差传递矩阵；基于多体系统理论，提出了在刀具切削点的机床几何误差与热误差的综合模型。(2)几何误差参数辨识。通过分析几何误差参数辨识的多线法，建立了采用9线法进行几何误差参数辨识的运动体误差

2、模型；针对9线法由于忽略直线度的角度偏差和初始运动点的转角误差而带来参数辨识误差的问题，提出了两个解决措施：采用最小二乘拟合直线度测量数据和引入总误差值为零的不规则条件；根据所建立的几何误差参数识别模型、几何误差参数拟合模型和几何误差计算模型，基于MatlabGUI开发了几何误差参数识别、拟合和几何误差计算的功能软件模块模块。(3)机床空间热误差模型的建立。对机床滚珠丝杠进给系统的温度场进行仿真分析，提出了龙门机床的各个进给运动轴的热源互不干扰这一假设；根据运动体误差模型推导出热误差参数识别模型，并运用线性回归方法对热误差参数进行拟合，建立了

3、不仅与热关键点温度、而且与机床空间坐标相关的热误差模型，试验结果表明所提出的热误差模型能够有效预测机床热误差随空间、温度场的变化规律。关键词：龙门机床，误差场，误差参数辨识，多体系统I万方数据基于多体系统理论的龙门机床误差场研究ABSTRACTWiththecontinuousimprovementofmachiningaccuracyrequirements,theresearchofmachineerrorisalsoincreasingindepth.Asimportantpartsofthemachineerror,thestudyo

4、fgeometricerrorsandthermalerrorshasbecomeanimportantwaytoimprovethemachiningaccuracy.Thispaperistostudyfactorsandvariationoftheerrorinthegantrymachinemotionspace.Themainworkisasfollows:Analysisthemotiontransmissionofmachinetoolanddevelopitstopologicalstructure.Userigidkinem

5、aticsandhomogeneouscoordinatetransformationmatrixvariationtodescribethemovementofthemachineandthechangeruleofcoordinatevalues.Atlast,developacomprehensiveerrormodelformachinegeometricerrorsandthermalerrorsbasedonmulti-bodysystemtheoryinthecuttingpoint.Parameteridentificatio

6、nofgeometricerror.Analysisthecurrentmulti-linemethodswhicharewidelyusedforgeometricerrorparameteridentification,choose9-linemethodtoidentifythegeometricerrorparameters.Aimedattheignoranceofangulardeviationin9-linemethod,thispaperproposestwosolutions:dealwiththestraightnessd

7、atausingaleastsquares,andintroduceanirregularconditionthatthesumoftotalerrorsiszero.Inaddition,softwareisdevelopedbasedonMatlabGUItoachievegeometricerrorparameteridentification,fittingandgeometricerrorcalculationrapidly.Thermalerrormodelinthemotionspaceofmachinetool.Analysi

8、softhestructuralofthegantryofthemachine,andaccordingtotheexistedballscrewfeedsyste