可移动并联机床加工几何误差建模与补偿实验研究

论文摘要

并联机床又称虚轴机床或并联运动学机器,它是机床结构技术、机器人技术和数控技术相结合的产物,是一种知识密集型装备。与传统机床相比,它具有系统刚度重量比大、响应速度快、环境适应性强、技术附加值高等优点,但是加工空间小、精度不高等缺点一直制约着其投入工业化运行。本文研究的可移动并联数控小机床具有可移动性,机床的加工空间得到了提高,如何提高其加工精度是目前亟需解决的问题。为提高可移动式并联小机床的加工精度,通过分析加工误差来源,找出影响加工误差的主要因素,采用激光跟踪仪检测机床运动误差,基于实际误差规律建立运动误差模型,优化数控系统实现误差的补偿,达到提高机床加工精度的目的。在对可移动并联机床自适应定位加工原理进行分析的基础上,完成了超大法兰自适应定位加工的设计;对整个加工系统进行了误差溯源,找出了影响机床加工精度的主要因素为机床的几何误差和自适应定位误差;通过驱动杆运动学微分建立了简化几何误差模型,仿真分析了机床三自由度平面加工时空间运动误差的分布规律,通过检测机床的实际运动误差验证了误差分布规律的正确性,通过分析机床定位原理建立了自适应定位误差模型;基于误差规律进行了误差补偿并通过并联机床正解算法进行了补偿效果评价;对机床数控系统进行了优化,设计了超大法兰加工实验,验证了自适应定位加工和误差补偿的可行性。通过理论研究和实验验证,验证了采用可移动并联小机床进行超大法兰自适应定位加工可行,发现了机床三自由度平面加工时圆周误差几乎成余弦规律分布,基于误差规律修改数控系统进行误差补偿后,机床的加工精度提高了近一倍。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源与目的意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的目的及意义
• 1.2 并联机床的发展现状
• 1.3 超大构件加工技术
• 1.4 并联机构几何误差补偿关键技术
• 1.4.1 误差分析
• 1.4.2 几何误差建模技术
• 1.4.3 位姿误差检测技术
• 1.4.4 几何误差补偿技术
• 1.5 主要研究内容
• 第2章 可移动并联小机床自适应定位加工研究
• 2.1 现场分区自适应定位加工的提出
• 2.2 现场分区自适应定位加工原理分析
• 2.3 现场分区自适应定位加工系统的组建
• 2.4 超大法兰自适应定位加工的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 可移动并联小机床加工几何误差建模与预测
• 3.1 可移动并联数控小机床加工误差来源分析
• 3.2 并联小机床加工空间几何误差建模与预测
• 3.2.1 并联小机床加工空间分析
• 3.2.2 几何误差预测模型的建立
• 3.2.3 几何误差的仿真与规律分析
• 3.3 自适应定位误差建模与分析
• 3.3.1 坐标点的测量误差分析
• 3.3.2 机床参考坐标系的定位误差分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于并联机床正解的离线补偿效果评价
• 4.1 基于误差规律的误差模型的建立
• 4.2 平面走刀路径的规划及误差测量
• 4.2.1 平面走刀路径的规划
• 4.2.2 并联机床刀头位置误差的测量
• 4.3 离线补偿技术建模与仿真
• 4.3.1 基于并联机床正解的补偿建模
• 4.3.2 补偿仿真与分析
• 4.4 可移动并联机床离线误差补偿的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 超大法兰加工实验设计与加工验证
• 5.1 实验系统的设计
• 5.2 机床精度的检测与评价
• 5.3 超大法兰自适应定位加工的实验验证
• 5.4 机床位置误差的检测与验证
• 5.5 机床几何误差补偿实验验证
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢