五轴数控机床静态几何误差辨识方法研究

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1、硕士学位论文五轴数控机床静态几何误差辨识方法研究RESEARCHONMETHODOFSTATICGEOMETRICERRORIDENTIFICATIONOFFIVE-AXISCNCMACHINETOOL院蒙恩哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TP274学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文五轴数控机床静态几何误差辨识方法研究硕士研究生：院蒙恩导师：李建刚副教授申请学位：工程硕士学科：控制工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP274U.D.C:621Adis

2、sertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheprofessionaldegreeofMasterofEngineeringRESEARCHONMETHODOFSTATICGEOMETRICERRORIDENTIFICATIONOFFIVE-AXISCNCMACHINETOOLCandidate：YuanMengenSupervisor：AssociateProf.LiJiangangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Con

3、trolEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要随着曲面加工的市场需求越来越大，国产五轴形式数控机床越来越多的被设计，制造和应用，对于由机床装配造成的静态几何误差，特别是旋转轴轴线位置偏差的测量和标定，成为数控机床精度提升的关键。基于球杆仪的静态几何误差测量和辨识研究较多，但始终未能在工业现场得到很好的推广和应用。误差建模方法

4、，测量轨迹设计和辨识算法设计等都影响着测量方案的实用性，本文针对现有基于球杆仪的静态几何误差测量和辨识方法存在的不足开展实验研究。本文基于旋量理论对五轴数控机床进行运动学建模，分别建立了理想运动学和实际运动学模型。采用雅克比矩阵估计的方法建立起刀尖点位置误差与静态几何误差项之间的近似线性关系，给出了雅克比矩阵函数的推导过程，简化了静态几何误差建模，对简化模型进行了仿真验证。推导得到球杆仪伸缩量与各轴运动学旋量变化量之间的关系，通过误差分离，将各个静态几何误差项辨识出来，并对辨识算法进行仿真分析。基于球杆仪的测量原理和数控机床运动控制特点，通过实验和Matlab仿真的方法对影

5、响球杆仪测量精度的因素进行了深入分析，进而使得球杆仪测量实验细节更加完善。针对球杆仪只能基于时间采样，而辨识算法要求获得每一个采样点所对应的各运动轴位置信息这一矛盾，本文提出了借助于数控系统获得球杆仪测量过程中各运动轴实时位置信息的方法，使得误差辨识过程中，各运动轴位置信息更加精确，辨识结果更加可靠，同时根据获得的各运动轴实际位置可以把由于跟随误差造成的测量误差在辨识环节予以消除，降低了测量误差的影响。通过在双转台形式五轴数控机床上的实际测量实验验证了所设计方案的可行性和实用性。关键词：球杆仪；五轴数控机床；静态几何误差；雅克比矩阵-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文Abs

6、tractWiththeincreasingmarketdemandforsurfaceprocessing,moreandmoredomesticfive-axisCNCmachinetoolsarebeingdesigned,manufacturedandapplied.Thestaticgeometricerrorscausedbytheassemblyofthemachinetool,especiallythemeasurementandcalibrationoftheaxispositiondeviationoftherotatingshaft,becomethe

7、keytoimprovetheprecisionoftheCNCmachinetools.Therearemanyresearchesonthemeasurementandidentificationofstaticgeometricerrorsbasedontheballbar,buttheyhavenotbeenwellpopularizedandappliedintheindustrialfield.Theerrormodelingmethod,themeasurementtrackdesignandthei