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本文摘要：

五軸加工中心和五軸鉆攻中心是現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的一部分，具有精度高、效率高、可以滿足多種復(fù)雜形狀零件加工的要求等優(yōu)點(diǎn)，從航空航天到工業(yè)機(jī)器人，從醫(yī)療用品到消費(fèi)品，都有著廣泛的應(yīng)用。但由于數(shù)控機(jī)床誤差的存在，使得被加工零件的精度受到影響，從而無法正常使用，而加工過程中的動態(tài)誤差往往超過準(zhǔn)靜態(tài)誤差，成為影響復(fù)雜曲面零件的主要因素。為了得到五軸數(shù)控機(jī)床動態(tài)誤差的分布情況，提出了一種利用加工特征試件的五軸機(jī)床線性軸的動態(tài)誤差測量方法，針對五軸機(jī)床運(yùn)動學(xué)建模、特征試件的設(shè)計(jì)制造、誤差檢測等進(jìn)行了一系列研究，本文主要完成的工作和結(jié)論總結(jié)如下：

（1）對當(dāng)今機(jī)床誤差的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概括，根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因與產(chǎn)生的零部件不同，將機(jī)床誤差分為運(yùn)動學(xué)誤差、熱誤差、動態(tài)誤差、載荷引起誤差等，最終都會造成機(jī)床的幾何誤差。并針對本文研究的誤差產(chǎn)生原因做了詳細(xì)的分析。在建模方面，使用齊次坐標(biāo)變換原理，推導(dǎo)了各個運(yùn)動軸之間的運(yùn)動位置關(guān)系的矩陣表現(xiàn)形式，根據(jù)所研究的目標(biāo)機(jī)床結(jié)構(gòu)，分析目標(biāo)機(jī)床德瑪吉DMU80T平動軸的理想運(yùn)動模型和實(shí)際有誤差情況下的誤差模型，并將其簡化為所研究的9項(xiàng)誤差。

（2）根據(jù)所研究的五軸數(shù)控機(jī)床直線軸的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了兩個特征試件，對德瑪吉DMU80T機(jī)床直線軸動態(tài)誤差進(jìn)行測量，計(jì)算和分析。設(shè)定加工參數(shù)，使得零件在精加工的過程中受到震動、沖擊和其他干擾的影響盡量小。在此基礎(chǔ)上，利用切比雪夫多項(xiàng)式將誤差的參數(shù)化模型建立起來，并將其和誤差模型相結(jié)合，用于多項(xiàng)耦合誤差的解算。

（3）將各個誤差辨識結(jié)果利用多項(xiàng)式擬合的方式表示出來，得到各個誤差的曲線，之后使用激光干涉儀對誤差測量的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。第五章，分別計(jì)算出各個點(diǎn)的誤差的補(bǔ)償量，通過對G代碼的修改可以達(dá)到對誤差補(bǔ)償?shù)哪康?。然后比較理論補(bǔ)償結(jié)果和實(shí)際測量結(jié)果兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從平均誤差，誤差的方差以及試件加工平面的平面度、輪廓度的計(jì)算結(jié)果表明，誤差補(bǔ)償是有效的。最后根據(jù)已經(jīng)解算出的總誤差建立該試件的空間精度場，分別從XYZ三個方向上進(jìn)行分析，從而可以通過輸入點(diǎn)的坐標(biāo)獲取試件任意一點(diǎn)的在三個方向上的誤差，便于在幾何誤差方向進(jìn)行更加深入的研究。

本文創(chuàng)新點(diǎn)

（1）特征試件的設(shè)計(jì)：根據(jù)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了兩種特征試件，分別可以反映機(jī)床的單軸加工和三軸加工性能，并提出了相應(yīng)的誤差解算方法。（2）誤差計(jì)算：利用切比雪夫多項(xiàng)式解算誤差，將兩個試件反映的誤差分別解算出來，并建立起了空間精度場。

本文的不足及展望本文針對利用特征試件測量五軸數(shù)控機(jī)床的平動軸誤差進(jìn)行了深入研究，主要針對現(xiàn)有的特征試件設(shè)計(jì)進(jìn)行創(chuàng)新，基于三聯(lián)動測量實(shí)驗(yàn)建立了幾何誤差運(yùn)動學(xué)模型，并結(jié)合切比雪夫多項(xiàng)式建立了幾何誤差項(xiàng)參數(shù)化模型，以幾何誤差項(xiàng)的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，對誤差進(jìn)行了補(bǔ)償?；诒疚牡难芯績?nèi)容，對本文工作的不足和今后可以開展的研究工作做以下展望：

（1）本文所提出的動態(tài)誤差參數(shù)化模型是建立在五軸加工中心直線軸之上的，在高精密的制造行業(yè)中，其余兩個旋轉(zhuǎn)軸也有著廣泛的應(yīng)用，并且其誤差是加工誤差主要的影響因素，故該模型對數(shù)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸的建模這方面內(nèi)容有待完善。此外，本文也沒有進(jìn)行旋轉(zhuǎn)軸的誤差建模和研究，需要進(jìn)一步補(bǔ)充。

（2）本文只針對數(shù)控機(jī)床在加工試件范圍內(nèi)100×100×80mm的工作空間內(nèi)的誤差，只能夠反映機(jī)床在此范圍內(nèi)的精度情況，在其他位置加工工件時，誤差情況可能會有所不同，需要設(shè)計(jì)其他形狀的部件或者在其他位置進(jìn)行新的加工、測量實(shí)驗(yàn)。

（3）本文將數(shù)控機(jī)床三個軸的與位置有關(guān)的誤差共18項(xiàng)簡化為了9項(xiàng)，將角度誤差都合并到9項(xiàng)誤差內(nèi)，目的是直觀反映加工試件的誤差，本文沒有將18項(xiàng)誤差都解算出來，9項(xiàng)誤差在建立精度場之后誤差可能會比較大，需要對18項(xiàng)誤差進(jìn)行測量與解算。

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