五轴联动机床的误差优化研究(含CAD图)(课题申报表,任务书,开题报告,中期检查表,论文说明书10400字,CAD图纸4张)
摘 要
随着现代制造业的发展，对数控机床提出了更高的要求，对精密、超精密以及纳米加工和加工方式、成型方式满足新的要求成为研究发展方向。在现有的三坐标联动数控机床的工作台上在增加安装一个具有两个旋转自由度的数控回转工作台，与原有的工作台成为一个整体，成为一个多自由度的回转工作台，再进行数控系统的升级，使该机床成为五轴联动数控机床。这样的机床增加了B轴、C轴的加工面，使加工更加方便快捷。五轴联动数控系统是目前数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，对于复杂曲面的高效、精密、自动化加工，它对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业，有着举足轻重的影响力。
本文以VMC0656mu型五轴联动数控机床为研究对象，按照新的加工需要和精度要求，，从三维图形坐标变换入手，通过详细的分析和理论计算，推导得出了该机床在实际应用过程中影响五轴联动数控机床加工精度的主要因素并找到行之有效的方法来分析误差进行优化补偿。
根据这种需要，本文以VMC0656mu型五轴联动数控机床为研究对象，讨论了五轴联动机床常用的误差补偿方法和驱动优化方法，最后得到了具体的检测步骤以及相应的机床数据。
考虑到电主轴温度对机床精度的重要影响，有必要对这部分误差进行研究并补偿。本文通过傅里叶定律和牛顿冷却公式建立了电主轴的热误差模型；利用齐次变换矩阵得到了热误差的传递模型；其次，基于齐次变换矩阵的微分得到了主轴热误差量与各运动轴间的补偿关系。最后，阐述了利用差动式电容位移传感器测量热误差量的方法，以及加工时热误差的补偿实现。
关键词：五轴联动；数控机床；优化； 840D
Abstract
At present, with the development of modern manufacturing at a high speed, 5-axis CNC machine tools is currently the most difficult 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, effective 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 model 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 transformation 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.
The outcome of this research had high value for the development of high performance machine tools, and the methods proposed 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; 840D
本论文先总结归纳了数控机床普遍所需要做的优化和误差方法，并且重点研究了五轴联动机床的误差补偿和优化方法，总结归纳了针对西门子840D数控系统驱动优化的方法，以及大多数机床都需要做的基本的几种误差的补偿方法；并以VMC0656mu型五轴联动数控机床为例讨论了同步龙门轴的调整过程以及相应的系统参数设置方法，并结合具体的参数值对工作过程进行了描述；其次，阐述了五轴联动机床的圆度测试方法，对可能出现的测试结果进行了细致分析，并提出了具体解决方案；最后，在对回转轴心误差讨论的基础之上，给出了具体的检测步骤、计算方发以及相应的机床数据。
目录
摘 要 I
Abstract II
1 制造业与五轴 1
1.1 课题背景与意义 2
1.2 对优化研究的过程 3
1.3 优化的发展方向 3
1.4 本论文的主要研究工作 4
2 VMC650mu型机床简介 5
2.1 机械结构介绍 5
2.2 数控系统介绍 8
2.2.1 数字控制单元 9
2.2.2 操作显示单元 9
2.3 插补技术的发展历程及趋势 9
3 数控机床的驱动优化方法 11
3.1 数控驱动系统优化 11
3.1.1 驱动优化的原理与方法 11
4 五轴联动机床的坐标轴误差补偿与优化 13
4.1 五轴联动机床坐标轴优化 13
4.1.2 检测步骤与计算方法 18
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
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