数控机床进给系统装配误差建模及特征分析

上海交通大学学报（自然版） ›› 2013, Vol. 47 ›› Issue (05): 703-708.

数控机床进给系统装配误差建模及特征分析

赵飞a，梅雪松a,b，姜歌东a,b，陶涛a,b，史建强a

（西安交通大学 a. 机械工程学院； b.机械制造系统工程国家重点实验室，西安 710049）

收稿日期:2012-11-12 出版日期:2013-05-28 发布日期:2013-05-28
基金资助:
国家重点基础研究发展规划（973）项目（2011CB706805），长江学者和创新团队发展计划（IRT1172）资助

Modeling and Characters Analysis of Assembly Error of Numerical Control Machine Tool

ZHAO Feia,MEI Xuesonga,b,JIANG Gedonga,b,TAO Taoa,SHI Jianqianga

(a.School of Mechanical Engineering; b.State Key Laboratory for Manufacturing Systems Engineering,Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China）

Received:2012-11-12 Online:2013-05-28 Published:2013-05-28

摘要/Abstract

摘要：

摘要：
通过建立几何模型，分析了数控机床进给系统运动过程中由装配引起的误差特征，提出了表示其误差特征的综合表达式，将装配误差分为周期性分量和累积性分量.通过仿真分析，研究了装配误差在数控机床内置传感器中的信号特征，以及对进给系统运动精度的影响规律.结果表明：装配误差的周期性分量不影响进给系统的定位精度，但会导致进给系统在运动过程中产生周期性波动，且在频率调制的条件下其周期性波动幅值将增加；装配误差的累积性分量影响进给系统的定位精度，当与运动方向发生交叉时将产生累积方向的变化.同时，对某数控机床内置传感器的信号特征进行分析，并基于分析结果进行装配调整，从而降低了由装配引起的运动误差，提高了被测数控机床进给系统的精度.

关键词: 数控机床, 进给系统, 装配误差, 误差模型

Abstract:

The assembly error characters of numerical control (NC) machine tool were studied using geometric model, and the integrated expression of assembly error characters was proposed, which contains periodic and cumulative components. The characters of assembly error in the signals of builtin sensors were simulated, as well as the relationship with the motion precision of feed system. The simulations show that the periodic component does not affect the positioning accuracy but the dynamic precision, and the amplitude of periodic component could increase under the condition of frequency modulation. The cumulative component which converts direction at the cross point with motion direction has negative effects on the positioning accuracy. The signals of builtin sensors of an NC machine tool were analyzed and the main factor that influences precision of feed system was found out. The precision of the tested NC machine tool was improved by modifying the assembly.

Key words: numerical control machine, feed system, assembly error, error model

中图分类号:

TH 161.21

赵飞a，梅雪松a,b，姜歌东a,b，陶涛a,b，史建强a. 数控机床进给系统装配误差建模及特征分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(05): 703-708.

ZHAO Feia,MEI Xuesonga,b,JIANG Gedonga,b,TAO Taoa,SHI Jianqianga. Modeling and Characters Analysis of Assembly Error of Numerical Control Machine Tool[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2013, 47(05): 703-708.

参考文献

［1］Schwenke H, Knapp W, Haitjema H, et al. Geometric error measurement and compensation of machinesAn update ［J］. CIRP Annals Manufacturing Technology, 2008, 57 (2): 660675.

［2］王秀山, 杨建国, 闫嘉钰. 基于多体系统理论的五轴机床综合误差建模技术［J］. 上海交通大学学报, 2008，42 (5): 761764.

WANG Xiushan, YANG Jianguo, YAN Jiayu. Synthesis error modeling of the fiveaxis machine tools based on multibody system theory ［J］. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2008, 42 (5): 761764.

［3］Mao K M, Li B, Wu J, et al. Stiffness influential factorsbased dynamic modeling and its parameter identification method of fixed joints in machine tools ［J］. International Journal of Machine Tool and Manufacture, 2010, 50 (2): 156164.

［4］Chen J S, Kuo Y H, Hsu W Y. The influence of friction on contouring accuracy of a Cartesian guided tripod machine tool ［J］. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2006, 30 (5): 470478.

［5］杨济森. 高精度数控机床滚珠丝杠的装配与调整［J］. 组合机床与自动化加工技术, 2011 (5): 102104.

YANG Jisen. Study of ball screw novel assembly method for NC machine tool ［J］. Modula Machine Tool and Automatic Manufacturing Technique, 2011 (5): 102104.

［6］陶涛, 梅雪松, 姜歌东, 等. 基于球杆仪和光栅尺的工作台精度调整［J］. 纳米技术与精密工程, 2005, 3 (4): 268272.

TAO Tao, MEI Xuesong, JIANG Gedong, et al. Worktable precision adjustment based on error analysis of ballbar transducer and linear grating sensor ［J］. Nanotechnology and Precision Engineering, 2005, 3 (4): 268272.

［7］谭敏峰, 朱四荣, 宋显辉, 等. 安装偏差对光纤布喇格光栅应变测量的影响［J］. 光子学报, 2006, 35 (9): 13541357.

TAN Minfeng, ZHU Sirong, SONG Xianhui, et al. Impact on strain measurement by fiber bragg grating of error of installation ［J］. ACTA Photonica Sinica, 2006, 35 (9): 13541357.

［8］赵建科,张周峰. 轴角编码器测量中偏心带来的误差分析［J］.光子学报, 2007, 36 (S1): 249252.

ZHAO Jianke, ZHANG Zhoufeng. Error analysis for measurement of encoder with shaft eccentricity ［J］. ACTA Photonica Sinica, 2007, 36 (S1): 249252.

［9］Kamalzadeh A, Erkorkmaz K. Compensation of axial vibrations in ball screw drives ［J］. CIRP AnnalsManufacturing Technology, 2007, 56 (1): 373378.

[1]	赵亮，雷默涵，朱星星，王帅，凌正，杨军，梅雪松. 高精度数控机床主轴系统热误差的控制方法[J]. 上海交通大学学报, 2020, 54(11): 1165-1171.
[2]	拓占宇，黄奕乔，沈牧文，杨建国. 基于3次样条插值的数控机床几何与热复合定位误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 668-672.
[3]	姚晓栋1,3,黄奕乔1,马晓波2,薛波3,杨建国1. 基于时间序列算法的数控机床热误差建模及其实时补偿[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 673-679.
[4]	冯文龙，黄奕乔，拓占宇，李慧敏，杨建国. 基于温度积分方法的大型数控机床光栅定位热误差建模及实时补偿[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2016, 50(05): 710-715.
[5]	任丽娜，芮执元，刘军，雷春丽. 数控机床最小维修的全寿命周期可靠性评估[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2015, 49(01): 19-23.
[6]	王维，杨建国. 基于插值算法的数控机床复合误差补偿技术[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 12-21.
[7]	朱小龙，杨建国，代贵松. 基于AVQ聚类和OIF-Elman神经网络的机床热误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 22-26.
[8]	肖慧孝，杨建国，张毅. 基于状态空间模型的机床热误差动态建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(1): 22-26.
[9]	王智明1,杨建国2. 数控机床不完全维修的贝叶斯可靠性评估[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(05): 614-617.
[10]	冯斌a，梅雪松a,b，杨军a，黄晓勇a. 摩擦补偿脉冲特征参数的自适应配置方法[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2014, 48(05): 713-718.
[11]	李亮亮，杜正春. 一种新型五轴加工中心误差测量装置的模型分析[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(11): 1801-1806.
[12]	姜辉，杨建国，李自汉，姚晓栋. 基于误差分解的数控机床热误差叠加预测模型及实时补偿应用[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(05): 744-749.
[13]	杨漪1，姚晓栋1，杨建国1，张余升2，袁峰2. 基于主成分分析与BP神经网络相结合的机床主轴热漂移误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2013, 47(05): 750-753.
[14]	王智明1, 杨建国2. 数控机床可靠性评估中的边界强度过程[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2012, 46(10): 1622-1626.
[15]	张毅,杨建国. 基于灰色神经网络的机床热误差建模[J]. 上海交通大学学报（自然版）, 2011, 45(11): 1581-1586.