数控机床误差补偿技术研究

提出基于多体系统理论的数控机床运动误差模型、几何误差参数综合辨识模型及相应测量技术，使用９线位移误差及直线度误差测量，可准确辨识数控机床整个工作区间内的全部２１项几何误差参数；在三坐标立式加工中心上进行软件误差补偿实验，并上坐标测量机检验。结果表明，建模方法具有较强的实用性，对数控机床加工误差补偿效果明显。

基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术

基于多体系统理论，建立了数控加工中心热误差模型，并提出其误差补偿方法。以三坐标ＭＡＫＩＮＯ加工中心为例，建立了具体模型并进行参数辨识。优选了４个测温点，实时测量其温度，作为误差参数辨识模型的输入值，实现了软件实时补偿。在该加工中心上分别沿３个坐标方向加工一系列表面并比较加入热误差补偿的结果，测量结果表明补偿效果显著。实践说明所建热误差模型的有效性和补偿方法的可行性。

数控机床全误差模型和误差补偿技术的研究

加工精度是数控机床必须保证的一项性能指标。提高机床精度是先进制造技术的重要课题 ,有误差避免和误差补偿两种方法。前者使机床造价大幅上升 ,而且精度的提高也有一定的限度。后者的精度提高几乎没有限制 ,对数控机床 ,计算机实时误差补偿技术是一种经济、有效的基本途径。基于多体系统理论 ,推导了多坐标数控机床 ,包含几何误差和热误差的全误差模型。文中介绍了坐标数控机床项误差的辨识方法 (2 2线、14线和 9线法 ) ,还介绍了回转坐标 6项误差的辨识方法。通过软件补偿 ,在 3坐标联动和 4坐标联动数控机床上实现了几何误差和热误差的补偿。实践结果表明误差模型的准确性和补偿方法的实用性。

数控机床误差补偿技术及应用发展动态及展望

编者按数控机床误差补偿为促进技术的发展和推广应用，本刊从这期起陆续刊登北京机床所和天津大学联合撰写的一组“数控机床误差补偿技术及应用”文章，内容包括：发展动态及展望、几何误差补偿技术、载荷变形误差补偿技术、热变形误差补偿技术、在线监测误差补偿技术、综...

作大范围运动的矩形板动力分析

作高速大范围运动的弹性体,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象,传统的动力学理论难以计及这种影响.本文在有限元方法中首次引入了单元耦合形函数(阵),以此将单元弹性位移表示成为单元结点位移的二阶小量形式.利用几何非线性的应变-位移关系式,在小变形假设条件下确定了单元耦合形函数.在此基础上,根据Kane方程.运用模态坐标压缩,并采用适当的线性化处理,得到了包含动力刚度项的线性动力学方程.针对矩形板编制了动力刚化有限元分析程序.仿真算例证明了理论和算法的正确性.

计及动力刚化的柔体动力学

提出两种计及动力刚化影响的动力学建模方法：有限段方法和一致线性化动力学方法。分析了这两种动力学方法计及动力刚化的机理，有限段方法将柔体动力学问题转化为带有关节柔性的多刚体系统动力学问题，计及了几何非线性的影响，适合于解决梁式结构的动力学问题；一致线性化动力学方法将变形场描述成为变形广义坐标的非线性形式，在适当的阶段线性化，可得到一致线性化动力学方程，自然计及了动力刚化项．适合子柔体的小变形问题。

作大范围运动的空间桁架结构动力分析

作高速大范围运动的弹性体，由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象，传统的动力学理论难以计及这种影响。本文在有限元方法中首次引入了单元耦合形函数（阵），以此将单元弹性位移表示为单元结点位移的二阶小量形式。利用几何非线性的应变－位移关系式，在小变形假设条件下确定了单元耦合形函数。在此基础上，根据Ｋａｎｅ方程，运用模态坐标压缩，并通过适当的线性化处理，得到了一致线性化的动力学方程。编制了计及动力刚化的空间桁架结构有限元分析程序。

计及动力刚化的柔性多体系统动力分析

利用几何非线性的应变－位移关系，在小应变假设条件下，得到了一般柔性构件弹性变形的广义坐标二阶小量表达式．在此基础上，利用Ｋａｎｅ方程的Ｈｕｓｔｏｎ方法，在推得偏（角）速度表达式后，作适当的线性化处理，使动力刚度项得以保留，从而建立了动力刚化多体系统的动力学方程．

复杂结构航天器的柔性多体动力学分析

本文采用基于凯恩方程和休斯敦方法的柔性多体动力学理论,着重研究了柔性多体系统的动力刚化现象。以板类和桁架类零件为典型,阐述其理论体系,开发通用分析程序,开展数字仿真研究,并给出上述典型零件的计算结果。

多体动力学的休斯敦方法及其发展

介绍多体动力学休斯敦方法的核心内容 (含低序体阵列、变换矩阵、广义坐标及其导数、运动学参数计算和动力学方程等 )及其发展 ,即柔性体的有限段方法及综合模态分析方法。将变形表示为二阶小量形式 ,基于小变形原理 ,适时进行线性化 。

多体动力学在机械工程领域的应用

介绍多体系统动力学的休斯敦方法及其发展。重点介绍在机械工程领域的应用和取得的成果。首先是工业机器人的时间域和频率域分析。其次是数控机床全误差模型的建立 ,误差参数辨识和软件补偿的实现。而后是柔性机械臂的振动控制。最后是可用于航天器的具有大范围运动的柔性体动力学分析。通过实践 。

作大运动的空间桁架结构动力有限元分析

作大运动的空间桁架，由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象，传统的动力学理论难以计及这种影响。在有限元方法中首次引入单元耦合形函数（阵），将单元弹性位移表示成为单元结点位移的二阶小量形式。利用几何非线性的应变-位移关系式，在小变形假设条件下确定单元耦合形函数。根据Kane方程，运用模态坐标压缩，并通过适当的线性化处理，得到了一致线性化的动力学方程。编制空间精架外构动力刚化有限元分析程序。仿真算例证明理论和算法的正确性。

基于动态特性的加工中心设计

介绍在实验研究基础上自行设计柔性生产线专用加工中心的成功范例。研究过程中，综合使用了整机模态分析、零件有限元分析以及机床动态特性实验。机床设计中，引用了现代设计理论和方法。

基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术

基于多体系统理论 ,建立了数控加工中心热误差模型 ,并提出其误差补偿方法 ,以三坐标MAKINO加工中心为例 ,建立了具体模型并进行参数辨识 ,优选了 4个测温点 ,实时测量其温度 ,作为误差参数辨识模型的输入值 ,实现了软件实时补偿 ,在该加工中心上分别沿 3个坐标方向加工一系列表面并比较加入热误差补偿的结果 ,测量结果表明补偿效果显著 ,实践说明本文所建热误差模型的有效性和补偿方法的可行性。

多体系统的时域和频域分析

介绍多体系统的概念及其动力学特性。在时间域和频率域进行了理论分析,开发了一般多体系统动力学分析程序DAGOMS及其FTT后续处理程序PTODA。以工业机器人为典型系统进行了实验模态分析,识别了接合面物理参数。用上述程序进行计算,求得时域和频域数值解。理论分析与实验结果吻合较好。