五軸聯動機床的優化研究畢業論文

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1、本科畢業設計（論文）題 目： 五軸聯動機床的誤差優化研究 專 業： 機械設計制造及其自動化 學 號： 學生姓名： 指導教師： 摘 要隨著現代制造業的發展，對數控機床提出了更高的要求，對精密、超精密以及納米加工和加工方式、成型方式滿足新的要求成為研究發展方向。在現有的三坐標聯動數控機床的工作臺上在增加安裝一個具有兩個旋轉自由度的數控回轉工作臺，與原有的工作臺成為一個整體，成為一個多自由度的回轉工作臺，再進行數控系統的升級，使該機床成為五軸聯動數控機床。這樣的機床增加了B軸、C軸的加工面，使加工更加方便快捷。五軸聯動數控系統是目前數控技術中難度最大、應用范圍最廣的技術，集計算機控制、高性能伺服驅動

2、和精密加工技術于一體，對于復雜曲面的高效、精密、自動化加工，它對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業，有著舉足輕重的影響力。本文以VMC0656mu型五軸聯動數控機床為研究對象，按照新的加工需要和精度要求，從三維圖形坐標變換入手，通過詳細的分析和理論計算，推導得出了該機床在實際應用過程中影響五軸聯動數控機床加工精度的主要因素并找到行之有效的方法來分析誤差進行優化補償。根據這種需要，本文以VMC0656mu型五軸聯動數控機床為研究對象，討論了五軸聯動機床常用的誤差補償方法和驅動優化方法，最后得到了具體的檢測步驟以及相應的機床數據?？紤]到電主軸溫度對機床精度的重要影響，

3、有必要對這部分誤差進行研究并補償。本文通過傅里葉定律和牛頓冷卻公式建立了電主軸的熱誤差模型；利用齊次變換矩陣得到了熱誤差的傳遞模型；其次，基于齊次變換矩陣的微分得到了主軸熱誤差量與各運動軸間的補償關系。最后，闡述了利用差動式電容位移傳感器測量熱誤差量的方法，以及加工時熱誤差的補償實現。關鍵詞：五軸聯動；數控機床；優化； 840D3AbstractAt present, with the development of modern manufacturing at a high speed, 5-axis CNC machine tools is currently the most diffi

4、cult numerical control technology, the most widely applied techno1ogy, centra1ized computer control, servo drives and sophisticated technologies in a whole, used in complex surface systems for high-performance, precision, automated processing. Therefore, to improve accuracy of CNC machine tools, eff

5、ective method must be applied to analyze and decrease thermal errors.Based on the need, the model of thermal error of 5-axis CNC machine tools is built, which supplies foundation for Practice, and Predicts, controls and compensates thermal errors of CNC machine tools effectively. For one thing, a mo

6、del of thermal errors of the motorized spindle is established by means of Fourierism law and Newton cooling formula; For another thing, the compensation relationship between thermal errors of the spindle and various kinematic axes is got based on the differential coefficient of homogeneous transform

7、ation an matrixes; Lastly, as for thermal errors, a measure method by differential capacitance sensor and realization of the compensation in the machining process are described.IThe outcome of this research had high value for the development of high performance machine tools, and the methods propose

8、d in the paper were also suitable for the other similar 5-axis and high speed machine tools.Key Words：5-axis; CNC Machine Tools; Optimization; Error Compensation; 840D31目錄摘 要IAbstractII1 制造業與五軸11.1 課題背景與意義21.2 對優化研究的過程31.3 優化的發展方向31.4 本論文的主要研究工作42 VMC650mu型機床簡介52.1 機械結構介紹52.2 數控系統介紹82.2.1 數字控制單元92.2

9、.2 操作顯示單元92.3 插補技術的發展歷程及趨勢93 數控機床的驅動優化方法113.1 數控驅動系統優化113.1.1 驅動優化的原理與方法114 五軸聯動機床的坐標軸誤差補償與優化134.1 五軸聯動機床坐標軸優化134.1.2 檢測步驟與計算方法18結 論24致 謝25參 考 文 獻26沈陽工學院畢業設計說明書1 制造業與五軸當今世界正處于現代制造業蓬勃發展時代，數控機床，特別是高、精的數控機床是實現先進技術的重要因素。隨著加工工藝的日益精細和復雜，原有的三坐標聯動數控機床的工作臺在面對更高的要求，更精細的精密、超精密以及納米越顯乏力，因此，開發出新的加工方式的加工機床成為發展方向。面

10、對工業需要，在三軸聯動機床的工作臺上再增加一個具有兩個自由度的數控回裝工作臺，將其安裝在原有的工作臺上，與原有的工作臺成為一個整體，成為一個多自由度的回轉工作臺，再通過對數控系統的升級（不屬于本設計范疇），使該機床成為五軸聯動的數控機床。五軸聯動數控機床的出現，推動了世界制造業的迅速發展，它不僅科技含量高、精密度高，而且可用于加工復雜曲面，它對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業，有著舉足輕重的影響力。五軸聯動數控機床是在三個平動軸基礎上增加了兩個轉動軸，這使它加工方式靈活多樣：對于直紋面類零件，可采用側銑方式一刀成型；對一般立體型面特別是較為平坦的大型表面，可用大

11、直徑端銑刀端面貼近表面進行加工；在某些加工場合，可采用較大尺寸的刀具避開干涉進行加工。在一臺機床上利用一次裝夾完成大部分或全部切削加工，以保證工件的位置精度，提高加工效率。1.1 課題背景與意義隨著現代制造業的發展，裝備制造業對機床的加工提出了更過更高的加工要求，而數控機床是裝備制造業的重要組成部分，特別是四軸、五軸聯動的加工中心。航空方面，航空工業對精度的要求很一直不斷提高，因為采用高精度的零部件，可以有效的提高飛機的可靠性和安全性；航海方面，船舶的主要常規動力仍然是柴油機，對于核動力艦船，其輔助動力源也是柴油機，所以柴油機的質量好壞將直接影響船舶行業的競爭能力，而質量又取決于精度；在生產方

12、面，我國印刷業一般印刷能力過剩，高檔精美彩色印刷能力不足，這就要提高對印刷質量有直接影響的零部件的加工和裝配質量，而滾筒就是對印刷質量有直接影響。五軸聯動數控機床是一種科技含量高，精密度高專門用于加工復雜曲面的機床，這種機床系統對國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫療設備等等行業，有著舉足輕重的影響力，堪稱“制造業之靈魂”。而提高五軸聯動數控機床的科技含量，精密度的重要手段之一就是研究工作臺的精密度。不斷提高回轉工作臺工作性能，如由于聯動軸數增多，各軸的控制存在強耦合性，因此各軸的定位誤差補償也更是十分的復雜；在切削加工過程中主軸溫升過高，對電主軸的動態特性、剛性及熱變形特性等對機床

13、的剛性和熱穩定性都有相當程度影響。因此，有必要對五軸聯動機床動態特性的影響因素有著深入的了解，并找到有效的方法對機床進行系統的誤差補償和優化，才能在實質上提高我國五軸聯動數控機床的整體水平，使我國裝備制造業得到長足發展。1.2 對優化研究的過程國外對機床加工優化的研究起步較早，大約開始于1950年后。經過60年的的發展，目前，德國、荷蘭以及日本的超精密加工數控機床技術處于世界先進水平。1977年Schultschick用矢量表達法建立了三軸坐標銼床的空間誤差模型。1986年Ferreira和Liu做出了一種基于剛體運動學和小角度誤差假設的三軸機床幾何誤差的解析二次型模型。Anjanappa開發

14、了一種運動模型，可以合成立式車削加工中心的所有幾何誤差。同年北京機床研究所開展了機床熱誤差的補償研究和坐標測量機的補償研究17-19。1992年Chen12等人在研究中排除了剛體運動的假設，對非剛體誤差進行補償。Lin和Ehmaim在1993年提出了一種直接空間誤差解析方法13，評價多軸機床工件位置和方向誤差。美國SMS公司在1996年同密西根大學一起研制和開發了集熱誤差、幾何誤差和切削力誤差為一體的誤差補償系統，并成功地實施于該公司生產的雙主軸數控車床上。美國密歇根大學這幾年還為美國波音飛機制造公司的一些加工設備實施了誤差補償技術，假設了基于Kalman濾波參量估計的動態自回歸模型，此模型是

15、根據在不同的工況下自適應修正模型參數，有效預測熱誤差，極大的提高了模型的魯棒性14-15。1.3 優化的發展方向機床的優化研究進過幾十年的進步，目前有以下是幾個發展方向22-23：（l）實時誤差補償和優化。目前，大多的補償方法為離線的方式，它假定預先測量得到的誤差在一段時間內是不變的，或者變化很小，故其不考慮那些隨機的誤差。（2）穩定的環境。憂患和誤差補償過程中大多測量設備對環境有一定的要求，溫度，空氣以及振動等，故如能在恒定的溫度，含較少顆粒物的空氣以及一定振動幅度下的環境中加工，必能提高零部件的加工精度。（3）誤差補償和優化軟件的開發。功能完善的軟件可以極大的節約實際操作過程中的時間，且方

16、便、易用，節省勞動力，為數控機床的進一步自動化提供了有力的保證。1.4 本論文的主要研究工作本論文先總結歸納了數控機床普遍所需要做的優化和誤差方法，并且重點研究了五軸聯動機床的誤差補償和優化方法，總結歸納了針對西門子840D數控系統驅動優化的方法，以及大多數機床都需要做的基本的幾種誤差的補償方法；并以VMC0656mu型五軸聯動數控機床為例討論了同步龍門軸的調整過程以及相應的系統參數設置方法，并結合具體的參數值對工作過程進行了描述；其次，闡述了五軸聯動機床的圓度測試方法，對可能出現的測試結果進行了細致分析，并提出了具體解決方案；最后，在對回轉軸心誤差討論的基礎之上，給出了具體的檢測步驟、計算方

17、發以及相應的機床數據。在對電主軸熱源分析的的基礎上，對電主軸模型進行了合理簡化，通過傅里葉定律和牛頓冷卻公式建立了電主軸的熱誤差模型；利用齊次變換矩陣對位置誤差和姿態誤差進行了合并，得到了熱誤差的傳遞模型；借助刀具坐標系和工件坐標系之間齊次變換矩陣的微分，得到了主軸熱誤差量與各個運動軸之間的補償關系。通過該補償關系和熱誤差量即可得到五軸聯動數控機床的補償運動。最后，闡述了利用差動式電容位移傳感器測量電主軸熱誤差量的方法，以及現場加工過程中熱誤差補償的實現。最后，對本論文中所做的工作進行了總結，并對其中存在的不足和有待完善之處進行了剖析。 2 VMC650mu型機床簡介 VMC650mu高速五軸

18、加工中心（如圖2.1所示）主要用于加工型腔模、壓鑄模、鑄模、深拉模和沖壓模等各類模具，工件可以在一次裝夾后自動連續完成多個平面的高速銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多種加工工序，可以加工葉輪、葉片等具有復雜曲面的零件。它不僅具有在單位時間內實現高速切削的性能，而且可使被加工零件獲得高精度和高表面光潔度，在某些工藝上可實現以銑代磨。圖2.1 VMC650mu型加工中心VMC650mu五軸加工中心采用門式框架結構，整機有很好的動、靜剛度。機床主要部件經有限元分析，結構合理，有很好動態性能。整機全封全防，切削采用微量潤滑技術（MQL），通過電主軸油霧分配器將油霧均勻混合，通過主軸前端噴嘴，直接噴向加工區域，冷

19、卻潤滑效果好，并配有油霧吸收裝置，安全環保?？煲扑俣瓤蛇_40m/min，加速度達到1g，能高速、高精地加工復雜曲面。標配BLUM刀具檢測裝置，可以在線檢測刀具磨損、折斷等故障，提高加工精度，避免更大的損失。2.1 機械結構介紹在機床選配數控系統和驅動系統時時，要根據設計機床的伺服軸的數量和各軸的性能指標來選擇，如進給軸的最高速度、加速度、主軸的功率和調速范圍以及機床實際應用條件，如切削的材料、加工工藝參數、使用的條件以及機床傳動系統的絲杠與伺服電機轉子的慣量匹配。如果伺服電機選型不合理，可能導致伺服電機長期運行在過載狀態下，最終導致伺服電機的損壞或者機床的加速特性不能達到設計指標的要求。表2.

20、1中列出了VMC650mu型加工中心的主要參數。表2.1 VMC650mu型加工中心的主要參數項 目單 位VMC650mu工作臺長X寬mm900X600臺面直徑mm400擺動角度120轉動角度n X360擺動速度rpm20轉動速度rpm25擺動/轉動精度arcsec5工作范圍Xmm600Y mm560Z mm450軸移動X，Y，Z軸加速度m/s210X，Y，Z軸快移速度m/min40精度定位精度X/Y/Z 軸mm0.008重復定位精度X/Y/Z 軸mm0.005主軸形式Fischer電主軸最大速度 max.rpm24000最大功率（100%/60%）kW29/32最大扭矩（100%/60%）N

21、m67/75主軸錐孔HSK 63 A 數控系統Siemens 840DPick-up刀庫刀具數量20錐柄形式HSK 63A 刀具直徑（滿刀/鄰位空刀）mm75/120最大刀具長度mm250最大刀具重量8換刀時間T-T/C-Cs4-6外冷微量潤滑中心標準配置側面可選配置冷卻液中心可選配置側面可選配置外觀尺寸長X寬X高mm3560 X 2394 X 3000（1）床身立柱結構機床的床身和立柱一起形成“U”字型結構。床身采用整體床身，HT300樹脂砂鑄造，前方排屑，該床身不僅是整個機床別的部件的支撐體，還是整個機床搬運過程中的支撐體；立柱內側采用了蜂窩狀的筋板布置，和“十”字型筋板相比，在重量僅增加

22、15%的情況下，使立柱的防扭剛性增強了30%，容許較大的負荷，并能長期維持高精度，有出色的高速性，維護保養非常簡便。滾珠絲杠（直徑40mm，螺距20mm）軸端與交流伺服電機驅動軸用柔性聯軸器相連接。連接2個滾珠絲杠螺母的絲母座分別對稱安裝在橫梁的兩側，交流伺服電機直接驅動滾珠絲杠，使橫梁沿Y向導軌作直線運動。進給速度無級調速，最大進給速度為40m/min，快速移動速度為40m/min。（2） 驅動系統結構滾珠絲杠（直徑40mm，螺距20mm）軸端與交流伺服電機驅動軸用柔性聯軸器相連接。連接2個滾珠絲杠螺母的絲母座分別對稱安裝在X軸滑板上，交流伺服電機直接驅動滾珠絲杠，使X軸滑板沿X向導軌作直線

23、運動。進給速度無級調速，最大進給速度為40m/min，快速移動速度為40m/min。機床的Y向運動為主軸箱（Y軸滑板）沿安裝在X軸滑板上的兩條Y向導軌上、下移動，Y向導軌亦為THK的直線導軌。Y軸滾珠絲杠分別排列在兩條Y向導軌的外側，絲杠兩端軸承采用“固定-支撐”的形式。兩套絲杠驅動系統各配有一絕對式光柵尺，形成閉環檢測系統，以提高坐標定位精度。滾珠絲杠（直徑40mm，螺距20mm）軸端與交流伺服電機驅動軸用柔性聯軸器相連接。連接2個滾珠絲杠螺母的絲母座分別對稱安裝在Y軸滑板上，交流伺服電機直接驅動滾珠絲杠，使主軸箱沿Y向導軌作直線運動。進給速度無級調速，最大進給速度為40m/min，快速移動

24、速度為40m/min。（3）電主軸主軸采用Fischer專為模具行業開發的電主軸，最高轉速24000rpm，錐孔形式HSK63A，最大刀具夾緊力為18000N；刀具松夾壓力：min.80bar，max.100bar；刀具夾緊壓力：最小10bar最大40bar。（4）刀庫刀庫選用臺灣專業刀庫生產廠家的圓盤式刀庫，刀庫主要由刀盤和機械手兩部分組成，刀具形式為DIN69893-A，最多可配備20把刀具，刀盤的旋轉采用變頻器控制，機械手換刀裝置采用壓縮空氣為動力。（5）測量系統結構 直線測量機床的各個直線軸X、Y、Z都采用HEIDENHAIN絕對光柵尺進行位置精度的測量，其中X和Y軸選用LC183，Z

25、軸選用LC483。 刀具檢測機床的刀具檢測采用了BLUM公司的鐳射控制系統NT連體精密型 （標準配置），該道具檢測裝置能進行刀具破損檢測、刀具設定刀具長度、半徑、偏擺等的設定、單一切刃監控、刀具形狀監控、機床軸的溫升變位補償等功能。（6）液壓系統液壓系統主要用來給主軸松卡刀和工作臺各軸的松開和卡緊。系統采用集中化的管理，便于觀測和系統的調試，主要原件用Rexroth的產品，性能可靠。介質采用46號液壓油。（7）氣動系統氣動系統主要給機床的光柵尺、工作臺、頂端防護氣缸、刀庫氣缸、刀具檢測及刀具冷卻和油氣潤滑系統等吹氣，進氣的壓力設定為0.6MPa。（8） 潤滑系統潤滑系統包括采用集中潤滑，對各個

26、軸潤滑點定期的注入潤滑脂，介質采用NLGI 00號鋰基潤滑脂的脂潤滑系統和主軸軸承采用油氣潤滑系統，介質采用ISO VG32的油液的主軸軸承潤滑。2.2 數控系統介紹機床CNC數控系統采用德國SIEMENS公司生產的SINUMERIK 840D數控系統，系統能適應高效率、高速，高精度的機械加工，且具有操作方便、功能齊全、可靠性高等優點16。SINUMERIK 840D 數控系統是由數字控制單元（NCU）、驅動單元、操作顯示單元三部分組成。 2.2.1 數字控制單元 SINUMERIK 840D的數控單元被稱為NCU（Numenrical Controlunit）單元由數字控制核心（NCK）和可

27、編程邏輯控制器（PLC）兩部分組成。NCU負責NC所有的功能，機床的邏輯控制，還有和PCU的通訊。它由一個COM CPU板. 一個PLC CPU板和一個DRIVE板組成。根據選用硬件如CPU芯片等和功能配置的不同，NCU分為NCU561.2，NCU571.2， NCU572.2，NCU573.2（12軸），NCU573.2（31軸）等若干種28-31。2.2.2 操作顯示單元操作顯示單元負責NC數據的輸入和顯示，以及實現對機床的手動操作和編寫加工程序等功能。操作顯示單元由一個相當于工控計算機的設備PCU50.3、操作面板（OP）機床控制面板（MCP）三部分組成。對于SINUMERIK 840D

28、應用了MPI（Multiple Point Interface）總線技術，傳輸速率為187.5k/秒，OP單元為這個總線構成的網絡中的一個節點。為提高人機交互的效率，又有OPI（Operator PanelInterface）總線，它的傳輸速率為1.5M/秒。 2.3 插補技術的發展歷程及趨勢機床上進行輪廓加工的各種工件，大部分由直線和圓弧這種簡單、基本的曲線構成。若加工的輪廓由其他二次曲線和高次曲線組成，也可以采用一小段直線或圓弧來擬合，就可滿足精度要求（也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況）。實際應用中，常采用小段直線或圓弧去進行擬合就可滿足精度要求（也有要拋物線和高次曲線擬合的情況），插補

29、算法的優劣，一直是評CNC控制系統性能的重要指標。它包括經典插補技術與智能插補技術34-35。（l）經典插補算法這類算法主要是針對直線、圓弧、拋物線、螺旋線的插補，插補的方法有脈沖增量插補和數據采樣插補兩種，經典插補算法已經十分成熟，但近年來也有針對這類方法的改進性研究。（2）智能插補算法由于神經網絡技術的發展，利用基于三層前向神經網絡的插補算法也有報導，具有逼近任意非線性函數的能力，使得采用神經網絡進行非線性輪廓插補成為可能。神經網絡具有并行處理的特點，能大幅度縮短插補周期，提高插補精度。3 數控機床的驅動優化方法3.1 數控驅動系統優化數控系統的主要功能是把編制的NC程序轉變成相應的軸的機

30、械位移，在軸位移的過程中，好的動態特性和穩定性是驅動穩定高效運行的關鍵。特別在模具的高速加工中，要求系統有良好的動態和靜態特性。一般在機床調試時系統會給定一組相應軸的默認參數，但這些參數一般是為了保證系統正常運行的比較保守參數，驅動優化的目的是在現有的基礎上盡可能提高系統的動態性。3.1.1 驅動優化的原理與方法驅動軸是由電流環，速度環和位置環組成，一般來說位置環是一個簡單的比例調節器，因而調節起來比較簡單，速度環和電流環是由比例積分調節器組成，是驅動的核心部分，因而速度環又是驅動優化的調整重點。驅動優化的關鍵是提高速度環的動態特性，而提高動態特性的關鍵又在于提高速度環比例環節的增益，降低積分

31、環節的時間常數。 圖3.1 MD 1407值不同時的比較為提高速度環的特性，需要優化速度環內的性能，通過增加速度環內電流環給定濾波器，就能達到這個目的。如果采用速度環給定濾波器，只能對提高位置環性能有效果，而對速度環本身沒有影響。因而驅動優化時使用最多的就是電流環濾波器。4 五軸聯動機床的坐標軸誤差補償與優化4.1 五軸聯動機床坐標軸優化4.1.1回轉軸心誤差由于制造、裝配等原因通常會造成理論回轉軸心與實際回轉軸心不重合，從而產生回轉軸心誤差。如圖4.1-4.4所示，假定實際回轉軸和理論回轉軸仍舊平行（即不相交或空間交叉），理論回轉軸與實際回轉軸在水平方向上的差值設為p，在豎直方向上的差值設為

32、q。圖中所示為水平和豎直方向上的正方向，p、q取正值；若為反方向，則p、q取負值。圖4.1 X向機床示意圖實際回轉軸心F理論回轉軸心GZYqpdc主軸端面圖4.2 X向機床參數示意圖圖4.3 Y向機床示意圖B軸理論回轉軸心GB軸實際回轉軸心F主軸端面ZYqpdc圖4.4 Y向機床參數示意圖如圖4.5所示，當機床旋轉該角度時，回轉的軸心由理論軸心變成實際軸心；當機床轉動角度，進行千分表的校正時，實際軸心A運動距離為按照理論軸心計算出來的距離（即保證測量球心M值不變，理論軸心的插補值deltaZ和deltaX），并擺動響應角度時，刀頭或測量球運動到的位置就與理論計算值有差值。實際回轉軸心F理論回轉

33、軸心Gpq主軸端面測量球心M圖4.5 回轉軸心誤差示意圖 以上我們對差值p、q進行了定義，下面就分別討論逆時針轉角和順時針轉角情況下的差值。(1) 轉角為逆時針方向如圖4.11所示，設檢測時初始設定的球心（理論計算出的測量球中心位置）為M點，其坐標值為（0，0）；圖中虛線顯示的是由理論軸心計算出來的插補距離，理論情況下測量球的球心始終位于M點不變，實際轉動A軸或B軸的時候，實際軸心運動到圖中F1點處，測量球實際球心的位置為圖中O1點。O1MGFG1F1圖4.11 實際軸心插補坐標系正方向如圖中箭頭所示，根據平面幾何關系的，可得O1點坐標 (4-1) (4-2)假設O1、O點在水平方向上的差值為

34、X1，在豎直方向上的差值為Y1，X1、Y1的數值和正負號可以由千分表讀出。測量時在轉動角度為0時，以及刀軸處于豎直方向時，進行千分表的校零。因此，由式(4-1)可得(4-2) 對式(4-2)進行整理，可得 (4-3)在式(4-3)中的第一個等式兩邊同時乘以，在式(4-4)中的第二個等式兩邊同時乘以，可得 (4-4)將式(4-5)中的兩個等式左右兩邊分別相加并進行整理，可得 (4-5)進而，由式(4-5)可得 由千分表的讀數推算，O1和M之間的水平誤差值設為X1，豎直誤差值設為Y1，則同樣可以得到式4.1.2 檢測步驟與計算方法在對差值進行檢測和計算時，需要分別在擺動機床A軸某一角度和擺動機床B

35、軸某一角度的情況下來完成。因此，下面分別對這兩種情況下誤差的檢測進行討論。(1) 只轉動A角的誤差檢測此種情況下的示意圖如圖4.18和圖4.19所示，由4.3.3小節的結果可得誤差為其中，pa表示Y方向的誤差，qa為Z方向的誤差。另外，這里b影響的值為200（即A軸到A軸端面的距離）。由表4.1中機床結構參數可知，pa影響的是機床結構參數c，qa影響的是機床結構參數d。由于pa、qa是差值，所以修正這些機床結構參數時只需要將原有參數加上帶有符號的修正量pa、qa即可。F圖4.5 機床A軸方向投影示意圖F圖4.6 轉動A角的回轉軸心誤差示意圖(2) 只轉動B角的誤差檢測此種情況下的示意圖如圖4.

36、4和圖4.21所示，由4.3.3小節的結果可得誤差為其中，表示X方向的誤差，表示在Z方向上的誤差；由表1、圖4.16以及圖4.17中機床結構參數分析可知，影響的是機床結構參數b，影響的是機床結構參數a和d。其中，參數d可以由只轉動A角進行修正，所以這里可以確定對于a的修正量。由于pb、qb是差值，所以修正這些機床結構參數時只需要將原有參數加上帶有符號的修正量pb、qb即可。F圖4.7 機床B軸方向投影示意圖角度為負角度為0ABA2ZB2XO2O1M角度為正A1B1圖4.8 轉動B角的回轉軸心誤差示意圖在得到了轉動A角和轉動B角時的誤差檢測結果之后，我們就可以給出如下誤差檢測步驟。 確定千分表檢

37、測方式和旋項；檢驗方式：檢驗用2只千分表共同測量，千分表擺放位置如圖4.22所示。F圖4.9 千分表檢驗方式示意圖旋轉方向：檢棒旋轉方向的定義如圖4.18所示；F圖4.110 檢棒旋轉的正方向 選擇千分表擺布位置圖； 使機床不擺動角度，進行千分表的校零； 只擺動機床A軸至某一角度，記錄千分表的變化值和變化趨勢； 代入式(4-24)計算誤差值； 再次回復機床零點位置，進行千分表校零；只擺動機床B軸至某一角度，記錄千分表的變化值和變化趨勢；代入式(4-25)計算誤差值。在上述過程中，上擺動角度記錄千分表變化值和變化趨勢的工作可以重復進行，以便獲取更多數據。通過以上誤差檢測步驟，可得修正后的機床結構

38、參數如表4.2所示。表4.2 修正的機床結構參數參數參數值說明aqb-qa+a= qb-qaA、B旋轉中心在笛卡爾坐標系下Z方向的距離bb+pb= pbA、B旋轉中心在笛卡爾坐標系下X方向的距離cc+pa= paA、B旋轉中心在笛卡爾坐標系下Y方向的距離dd+qa= 200+qaA軸旋轉中心到機床主軸端面的距離（Z） 利用上述得到的誤差檢測與計算方法，可以得到如圖4.24-4.25所示的實驗結果。不難發現，經過優化之后，實際的運動精度得到了大幅度的改善。F補償前補償后圖4.20 A軸實驗結果21F補償前補償后圖4.21 B軸實驗結果22結 論這次設計我完成了五軸聯動機床的誤差優化研究的結構設計

39、。我首先查找了各種機床使用手冊，機床電路圖，以便理解課題，整理自己的思路及設計步驟；其次選擇自己會的切合適的繪圖軟件，并在繪圖過程中不斷根據手冊進行測繪以繪制準確的機床圖紙；然后，按老師的指導，確定結構方案并進行相關參數計算、校核；最后，完成整個結構的三維造型和裝配，完成設計研究，并整理成報告書，本設計方案中探討的五軸聯動數控機床的誤差補償與優化的方法，構成了較為完善的誤差補償體系，能夠較大的提高機床的加工精度，為數控機床的誤差補償提供了理論指導。但是，本文中理論的實驗環境是基于是西門子的840D數控系統的，對于能否適用其它品牌的數控還有待進一步證實。相信經過不斷地改進誤差補償和優化方法，國產

40、的數控機床產品必定會向“高精型”的目標大步挺進。隨著產品不斷地更新，功能越來越齊全、精度的不斷提高，國產的機床品牌必將在國際上占有重要地位！致 謝歷時四月，在論文的寫作過程中遇到了無數的困難和障礙，萬幸的是同學總是愿意陪我尋找論文依據，老師們耐心指導并指引我參考哪些文獻，我終于完成了自己的論文設計。尤其要感謝我的論文指導老師劉永吉教師，老是對我進行了耐心的指導和幫助，不厭其煩的對我提出進行論文的修改和改進。還有我的專業老師張海華，他在我完成報告書的過程中不厭其煩的指導我如何完成，不斷的給我思路，如果沒有老師的幫助，真不知道自己的報告會是什么亂樣子。另外，在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師也

41、給我提供了很多方面的支持與幫助。真是感恩有您們。再次向幫助和指導過我的各位老師表示最衷心的感謝！另外，感謝這篇論文所涉及到的各位學者。在本文我引用了數位學者的研究文獻，如果沒有各位學者各位前輩的研究成果的幫助和啟發，我將很難完成本篇論文的寫作。并感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我各種素材，還在論文的撰寫和排版過程中提供熱情的指明。但是，由于我的學術水平有限，對此篇論文存在的不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！24參 考 文 獻1 李佳特NC技術發展的歷史回顧與展望J世界制造技術與裝各市場，2000，2:29-34.2 趙輝數控機床的發展歷史及其技術的發展趨勢J. 內蒙古科技與經濟

42、，2007，8:51.3ARONSONRB. Pushing for PreeisionJ.Manufacturing Engineering，1998，120(l):48，5，52-54.4 LIMEM，MENQeH，DAVIDWY. Precision machining of complex surfacesC.Proceed in of the 1995 ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition，San Francisco，California，Nov 12-17，1995:157-173.5 L

43、IMEM，MENQCH，DAVIDWY .Integrated Planning for Precision machining of complex surfaces-III: compensation of dimensional errors C.International Journal of Machine Tools and Manufacture，1997，37(9):1313-1326.6 杜正春. 銼削主軸同轉誤差測量與補償系統研究D.南京:東南大學，2000:1-127 BLAEDELKL. Error reduction technology of machine too

44、lsM. Machine Tool Accurace,1980，5:9-12.8 BREEV B T. The influence of heat generation in grinding machines on their accuracyJ.Machine Tools，1951，22(4):5-9.9 SUGISHIA H，NISHIYAMA H，OKUBO N，et al. Development of concrete machining center and identification of the dynamics and the thermal structural beh

45、aviorC. Annals of CIRP，198837(1):377-380. 10 YUE Y. Laser-CCD based 6degree-of-freedom machine error measuring system D. Davis: University of California 2000:15-18.11 CHEN J S，YUAN J，NI J. Thermal error modeling for real-time error compensationC.Intenational Journal of Advanced Manufacturing Technol

46、ogy，1996，12(4):266-275.12 北京機床研究所. 機床熱誤差微機實時補償技術J. 機床，1986，8:34-38.13 李書和. 數控機床誤差補償的研究D. 天津:天津大學，1996:78-85. 14 LINPD，EHMANNKF. Direct volume trie error evaluation of multi-axis machinesC.International Journal of Machine Tools and Manufacture，1993，33(5):675-693.15 KIMSK，CHODW. Real time estimation o

47、f temperature distribution in a ball-secrew systemJ.InternationalJournalofMachineTOolsandManufaeture，1997，7(4):451-464.16 YANG Q D,VANDENBERGHC，VANHERCKP，et al. Linear regression and neural net models applied to thermal error compensation in machine toolsJ. European Journal of Mechanical and Environ

48、mental Engineering，1999，44(3):146-152.17 劉煥牢.數控機床兒何誤差測量及誤差補償技術的研究D.武漢:華中科技大學，2005:3-13.18 吳義榮，林雨，我國數控技術與產業現狀J.鍛壓裝備與制造技術，2005，40(2)：22-25.19 趙國勇，徐志祥，趙福令. 高速高精度數控加工中NURBS曲線插補的研究J.中國機械工程，2006，17(3)：291-294.20 彭芳瑜，何瑩，李斌，NURBS曲線高速插補中的前瞻控制J.計算機輔助設計與圖形學學報，2006,18(5):625-629.21 陳金成. 多軸聯動高性能數控加工的運動優化與復雜軌跡實時控制策略研究D. 上海:上海交通大學，2001.22 葉伯生,朱志紅,熊清平.計算機數控系統原理、編程與操作M.武漢：華中科技大學出版社,1999.23 汪木蘭.數控原理與系統M.北京：機械工業出版社,2005.24 廖效果.數控技術M.武漢：湖北科學技術出版社,2000.25 吳祖育，秦鵬飛.數控機床M. 上海：科學技術出版社，2000.26 周濟，周艷紅.數控加工技術M.北京:國防工業出版社，1998. 26