龙门机床几何误差建模与补偿研究*

刘宝俊，梁睿君，叶文华

(南京航空航天大学机电学院，南京 210016)

0 引言

机床的加工精度随着生产自动化技术的飞速发展和精密制造技术的广泛应用，现代制造业对数控机床提出了更高的要求。数控机床逐渐向高精度、高速度、精密化、智能化方向发展。机床的精度直接影响了工件的加工精度。大量研究表明:几何误差和热误差对机床精度的影响程度，可以占到70%［1］。对此，国内外专家学者对误差辨识和误差建模以提高机床加工精度进行了大量的研究，并取得了显著的成果［2-8］。

本文针对某公司龙门机床几何误差部分，通过分析机床结构和误差源，利用多体运动学理论［9］，推导了龙门机床共计34个误差元素的几何误差数学模型，并对该机床几何误差模型进行了简化，最后给出了可实施的误差补偿策略，为机床实施误差补偿提供了理论依据和方法。

1 机床结构描述及坐标系设定

本文所研究机床为龙门移动式立式铣车床，可完成内外圆柱面、内外圆锥面、平面及曲面加工与钻、铰、攻丝、镗孔及铣削，适用于各种行业回转类零件的单件和批量加工。该机床主要由床身、龙门(立柱)、横梁、滑鞍、滑枕、回转工作台等构成龙门机床立式总体布局。机床结构及其拓扑结构分别如图1和图2所示。

根据多体系统运动学理论，龙门机床坐标系设定:床身为惯性体B0:O0-X0Y0Z0;龙门为B1体(X轴):O1-X1Y1Z1;横梁为B2体(W轴):O2-X2Y2Z2;滑鞍为B3体(Y轴):O3-X3Y3Z3;滑枕为B4体(Z轴):O4-X4Y4Z4;回转工作台为B5体:O5-X5Y5Z5。

图1 龙门机床结构示意图

图2 龙门机床拓扑结构图