多轴联动数控机床动态轨迹误差仿真及优化研究

论文摘要

本文以多轴联动数控机床动态轨迹误差为研究内容,在分析国内外研究现状的基础上,探讨了多轴联动数控机床动态轨迹误差的理论基础,提出仿真及优化的方法与策略。在2坐标(三轴)联动和4坐标(五轴)联动的环境下搭建了动态轨迹误差的模型,提出了变进给速度插补控制策略,利用Matlab/Simulink(对动态轨迹误差及相应的优化策略进行仿真,仿真结果表明该策略能有效提高轨迹整体动态精度和数控机床整体加工效率。本文分为六章。第一章首先陈述了多轴联动数控机床动态轨迹误差的基本含义及其特性,提出动态轨迹误差的影响因素,综合论述了数控机床动态轨迹误差在当前高速、高精数控加工中的影响及其重要性,国内外动态轨迹误差仿真技术和优化技术的研究、应用的历史和现状,最后介绍了本论文的主要内容。第二章对多轴联动数控机床动态轨迹误差模型进行了分析与搭建,建立加工五种典型曲线轨迹时的几何插补模型,建立典型中型数控机床轴位置控制器模型。第三章利用第二章中所建立的几何插补和位置控制器模型,对多轴联动数控机床在不同进给速度下加工五种典型曲线轨迹时的动态轨迹误差进行仿真,并将结果与相应曲线轨迹的指令输入进行比较,进一步分析和研究了数控机床动态轨迹误差的产生原因和影响因素。第四章在对多轴联动数控机床动态轨迹误差的理论研究和仿真分析的基础上,针对动态轨迹误差的两个主要影响因素,轨迹曲率和进给速度,提出变进给速度插补控制策略,并在Matlab/Simulink中建立相应模型。第五章对变进给速度插补控制策略进行仿真,验证了变进给速度插补控制策略在降低动态轨迹误差中的有效性,并通过与自适应变步长插补算法和自适应弓高误差控制插补算法相比较,证明该策略具有一定的优越性。第六章概括本课题研究工作和所得主要结论,并对今后数控机床动态轨迹误差仿真和优化研究作了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及项目意义
• 1.1.1 数控机床的误差类型
• 1.1.2 动态轨迹误差的基本含义及特性
• 1.1.3 课题的提出及意义
• 1.2 国内外研究现状介绍
• 1.2.1 国内外轨迹误差仿真方法介绍
• 1.2.2 降低数控机床轨迹误差的理论方法
• 1.2.3 国内外动态轨迹误差领域研究现状
• 1.3 学位论文的主要内容
• 第二章 动态轨迹误差建模
• 2.1 多轴联动数控机床动态轨迹误差建模的理论基础
• 2.1.1 利用Matlab/Simulink仿真计算动态轨迹误差的原因
• 2.1.2 多轴联动数控机床动态轨迹误差仿真的理论基础
• 2.2 多轴联动数控机床插补运动学建模
• 2.2.1 三轴联动加工环境下插补运动学建模
• 2.2.2 五轴联动加工环境下插补运动学建模
• 2.3 多轴联动数控机床控制模型搭建
• 2.3.1 数控机床的位置随动系统
• 2.3.2 在Matlab/Simulink中搭建典型机床随动位置控制器
• 2.4 本章小结
• 第三章 利用Matlab/Simulink仿真动态轨迹误差
• 3.1 三轴联动加工环境下动态轨迹误差仿真研究
• 3.1.1 直线拐角动态轨迹误差仿真
• 3.1.2 圆弧动态轨迹误差仿真
• 3.1.3 椭圆弧动态轨迹误差仿真
• 3.2 五轴联动加工环境下动态轨迹误差仿真研究
• 3.2.1 带工作台倾角圆弧的动态轨迹误差仿真
• 3.2.2 带工作台倾角椭圆弧的动态轨迹误差仿真
• 3.3 本章小结
• 第四章 变进给速度策略优化曲线整体动态轨迹误差
• 4.1 变进给速度插补控制策略概述
• 4.2 在容许误差条件下的进给速度调整
• 4.3 变进给速度插补控制策略模型建立
• 4.3.1 曲率半径R计算环节模型
• i计算环节模型'>4.3.2 进给速度V_i计算环节模型
• 4.3.3 进给速度比较环节模型
• 4.4 本章小结
• 第五章 变进给速度策略仿真验证
• 5.1 仿真验证
• 5.1.1 二坐标联动抛物线曲线的动态轨迹误差情况仿真
• 5.1.2 四坐标联动带工作台倾角椭圆曲线动态轨迹误差情况仿真
• 5.2 与已有动态轨迹误差优化方法比较
• 5.2.1 与自适应变步长插补算法比较
• 5.2.2 与自适应弓高误差控制插补算法比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢