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本文分析了数控机床的误差模型和基于圆测法的各项误差分离方法,为本文测量系统的提出提供理论依据;给出了基于扫频激光的机床圆度测量系统的总体结构,对系统采集信号处理和数据处理模块进行了详细设计;建立了机床测量不确定度与测量点数的关系,为圆度测量点数的选取提供理论依据。
本文主要是研究扫频激光在智能机床圆度偏差测量平台中的应用。
第一章绪论
1.1课题的研究背景
数控机床能够广泛满足各行业对各种零部件的高精度、高性能、高形状、高可靠性等要求,能保证较高且稳定的生产效率,且具有较强的灵活性和适应性,机械加工行业中,包括汽车、航空、航天、船舶制造过程中得到越来越广泛的应用。以提高我国数控机床制造行业的综合竟争能力和国际化水平为目标,各行各业对数控机床的精度和效率提出了更高的要求。数控机床未来的发展趋势必然是:高速化、高精度化、高集成化、高复合化、高智能化⑴。
从总体上看,我国数控机床行业虽然已取得了长足的进步,但与国外数控机床行业特别是高精度数控机床相比,还有着极大的差距,这些严重影响了我国相关产业的发展。随着工业生产的快速发展,数控机床及数控加工中心在我国的应用不断加深,提高数控机床的加工精度以及对机床的测量水平成为机械制造业的发展要求。
1.2数控机床误差检测的国内外研究现状
1.2.1数控机床几何误差的来源
数控机床一般由床身、主轴、立柱和机床导轨及旋转轴等机械传动装置及刀具系统组成。机床上述几种机械部件都会产生误差。数控机床的加工误差主要来自几个方面:
(1)数控机床各机械系统零部件制造和安装时所产生的几何误差,包括零件几何误差和安装误差。
(2)机床由于自重及部件刚度不足所导致的机床部件力变形。
(3)由于机床外部及内部热源所产生的热误差。
(4)机床伺服进给系统所产生的個服跟随误差。
1.2.2机床误差测量技术
各项误差直接测量法是指用各种精密测量仪器对机床的各项误差逐个进行测量,从而得到独立的单项误差。如用激光准直法、测微准直法测量直线度误差,用自准直仪测量转角误差,用标准直角尺测量垂直度误差等。直接测量法测量时间长,需要测量仪器多,测量仪器往往价格昂贵。而且机床误差非常复杂,如三轴数控机床就有21项,单个测量步骤非常繁琐。所以直接测量法在数控机床误差测量中受到很大限制。
第二章基于扫频激光的数控机床圆度误差测量方法
2.1引言
针对以往激光干涉测量对于机床平面误差仅能进行径向定位误差测量,而无法对直线度误差及圆度误差进行测量,以及必须针对不同测量光路单独搭建、单独测量非常繁琐的现状,本文提出了一种基于扫频激光的机床圆度误差测量方法,通过机床不同的运‘动轨迹分别测量机床的直线度误差、定位误差及圆度误差,大大简化了试验时间。本章首先介绍担频激光干涉原理及系统测量原理,然后分析了系统相位处理方法。
2.2数控机床几何误差
几何误差主要由组成机床的零件表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所产生,可在较长的时间内保持稳定,重复性好,易于进行测量和进行误差利、偿,在外部环境因素比较稳定的情况下,机床的几何误差是最主要的误差因素,约占整个误差源的50%,是机床误差测量和补偿的主要研究方向。明确几何误差的定义、特性,有益于误差模型的建立,对数控机床几何误差的测量和补偿,无疑是非常重要的。本节介绍了数控机床的21项误差,分析了数控机床误差模型,特别是圆度误差模型,为圆度误差测量系统的.提出提供理论依据。
第三章基于扫频激光的数控机床圆度误差测量系统.................26
3.1引言..............26
3.2系统总体结构..............26
3.3数据釆集硬件构建..............27
3.4数据采集软件开发..............31
3.5小结..............35
第四章基于测量不确定度的圆度测量点数确定方法..............36
4.1引言..............36
4.2圆度测量不确定度分析..............36
4.3基于仿真的圆度测量参数优化..............41
4.4本章小结..............49
第五章数控机床圆度误差测量系统实验..............50
5.1实验过程..............50
5.2实验结果分析..............52
5.3小结..............53
总结
数控机床作为机械加工的重要装备,其加工精度是制约精密制造业的关键因素。本文结合国家科技重大专项项目“基于敏感点监测的闭环动态综合补偿技术”(2009ZX04014-026 ),就数控机床圆度误差的测量展开了研究。本文的主要工作和研究内容有:
(1)分析了数控机床的误差模型和基于圆测法的各项误差分离方法,为本文测量系统的提出提供理论依据;
(2)给出了基于扫频激光的机床圆度测量系统的总体结构,对系统采集信号处理和数据处理模块进行了详细设计;
(3)建立了机床测量不确定度与测量点数的关系,为圆度测量点数的选取提供理论依据。
(4)搭建了一套以扫频激光为基础的数控机床圆度误差测量系统,以MV-5A型号立式综合切削中心机床为试验对象,进行了机床圆度误差的测量,并对结果进行了分析。
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