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大量研究结果证明高精度机床的各种误差源中,热变形误差以及几何误差占据着绝大部分,且热变形误差(约占总误差的45％)已成为高精密数控机床的最大误差源,这说明对于数控机床误差补偿仅仅停留在几何误差补偿阶段是远远不够的,还应将热误差考虑进去,对数控机床实行综合误差补偿。几何误差和热误差虽然可以在设计和制造中通过机床本身结构的改进来降低。但在很多情况下,由于受到种种条件的限制,不能仅通过生产和设计技术来降低机床误差。所以目前综合误差补偿技术作为一种提高机床加工精度的有效和经济的手段得到了广泛的重视。而本文正是以此为契机,对复合数控机床综合误差补偿的理论和算法进行了系统研究。
首先,利用多学科设计优化理论(MDO)系统分析复合数控机床这个复杂系统,采用多学科协同优化法(CO)作为复合数控机床综合误差补偿的优化模型,将复合数控机床误差系统分为综合误差系统、几何误差子系统、热误差子系统,载荷误差子系统和伺服优化子系统共5个部分。
然后基于多体系统运动学理论,对复合数控机床进行了综合误差补偿建模,并以HF-104四轴车铣复合数控机床为研究对象,描述了其拓扑结构,相邻体变换矩阵,最后建立其误差模型,推导出了考虑综合误差和独立考虑几何误差和热误差时HF-104复合数控机床刀具轨迹的计算方程,并对HF-104复合数控机床的几何误差和热误差的测量与计算方法做了分析,得出了两者计算值之间的耦合关系。
最后,利用VC++6.0为开发平台,并与Matlab相结合,针对HF-104四轴车铣复合数控机床编写了基于多学科设计优化的数控机床综合误差补偿软件,该软件可以根据用户原始的G代码指令,求解满足用户要求精度的精确G代码指令,并对理想,实际和精确刀具路线进行仿真,来对比综合误差补偿效果。