摘要
数控机床加工精度受到多种因素的影响，工艺系统中存在的各种误差是主要的影响因素。如加工时由于切削热和切削力产生的热误差和力误差，由于机床制造、装配以及磨损等引起的机床几何误差，由于刀具、夹具存在偏差产生的误差等。在加工环境温度变化不大时，机床几何误差成为影响机床加工精度的重要因素。在球头刀三轴数控铣削中，机床几何误差会使球头刀刀心—刀位点位置产生偏差，进而产生加工误差。同时，由于机床几何误差一定时间内重复测量变化不大且测量方式相对简单，因此研究机床几何误差可有效提高数控机床加工精度。由此，开展了以下研究： （1）以球头刀三轴数控铣削为研究背景，以XYFZ型三轴数控机床为研究对象，基于多体系统理论描述了其拓扑结构，与机床运动传递链的传递关系。通过分析旋量理论一般形式，推导出单轴运动时的误差旋量矩阵，得到机床几何误差模型。将几何误差对刀具位置的影响转化到球头刀刀心的位置偏移上，建立球头刀三轴数控铣削的空间误差模型。 （2）应用雷尼绍XL-80激光干涉仪，采用“九线法”几何误差辨识方法，建立三轴数控机床各运动轴各项几何误差与单轴误差之间的映射关系，进而得到几何误差辨识方程组。针对三轴加工中心，设计测量辨识试验，获得了其21项几何误差数据。 （3）基于球头刀铣削工件表面成形原理，计算得到球头刀三轴数控铣削中的理想刀心曲面与实际刀心曲面。基于运动学正逆向计算及球头刀三轴铣削工件表面成形原理，建立球头刀刀心曲面与设计曲面之间的计算模型。综合球头刀刀心空间位置误差模型求解编程刀心曲面。并在CAM软件中，获得该曲面的数控加工程序。使用生成的数控程序加工，理论上可以铣削加工得到与设计曲面无偏差的工件表面，补偿机床几何误差。 （4）为验证机床几何误差补偿方法的可行性，针对球头刀三轴数控铣削介绍了该方法的实际应用，并给出了详细步骤。同时针对设计曲面与工件表面提出了一种曲面评价方法，能够直观地体现设计曲面与受几何误差影响的工件表面之间的位置关系。
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