本文在充分了解和深入分析國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)研究、應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,通過有關(guān)理論和技術(shù)的分析、研究,用新的方法將機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室發(fā)展到工廠的實(shí)際生產(chǎn)使用中,并在多臺(tái)同類(多于100臺(tái))數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用中獲得圓滿成功。本文分為八章。 第一章綜合論述數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中的重要意義;國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償技術(shù)研究、應(yīng)用的歷史和現(xiàn)狀;介紹了本論文的主要內(nèi)容。 第二章使用標(biāo)準(zhǔn)齊次坐標(biāo)變換方法結(jié)合刀具與工件之間聯(lián)結(jié)鏈的封閉特性給出了多軸加工中心幾何和熱誤差的綜合數(shù)學(xué)模型建立的一般方法并分別建立了一臺(tái)車削中心和一臺(tái)數(shù)控雙主軸車床的誤差運(yùn)動(dòng)綜合數(shù)學(xué)模型。在數(shù)學(xué)模型中,不但包含了機(jī)床的幾何誤差元素,而且包含機(jī)床的熱誤差元素。 第三章研究且創(chuàng)立了兩種適合于多臺(tái)同類機(jī)床熱誤差補(bǔ)償?shù)臒嵴`差魯棒建模新理論及新方法:綜合最小二乘建模法和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。現(xiàn)有建模方法由于完全依賴建模數(shù)據(jù),故獲得的熱誤差數(shù)學(xué)模型不能長(zhǎng)期正確有效地估計(jì)機(jī)床熱誤差,且隨著季節(jié)的變換會(huì)使補(bǔ)償效果越來越差;另一方面,現(xiàn)有建模方法在類型相同的各機(jī)床上獲得的熱誤差模型差異很大,不能互用。創(chuàng)立的兩種新方法將統(tǒng)計(jì)理論結(jié)合工程判斷,從而使建立的熱誤差數(shù)學(xué)模型不但魯棒性強(qiáng)(能長(zhǎng)期有效地使用),而且通用性強(qiáng)(一個(gè)數(shù)學(xué)模型可在許多臺(tái)類型相同的機(jī)床上有效地使用)。另外,這兩種新方法還具有辨識(shí)時(shí)間短等特點(diǎn)。 第四章研究溫度傳感器在機(jī)床上的優(yōu)化布置理論。對(duì)于主軸一維的溫度傳感器優(yōu)化布點(diǎn)。通過熱動(dòng)態(tài)過程的理論分析、研究及仿真運(yùn)算得出:(1)僅用一個(gè)溫度傳感器的讀數(shù)值就可表達(dá)主軸熱伸長(zhǎng)量;(2)在主軸上至少有一處溫度讀數(shù)值與主軸熱伸長(zhǎng)具有線性關(guān)系;(3)當(dāng)溫度傳感器安裝在距主軸端部熱源約x=L/3時(shí),可以用此傳感器讀數(shù)值的線性函數(shù)預(yù)報(bào)出主軸的熱伸長(zhǎng)量。對(duì)于機(jī)床上多維的溫度傳感器優(yōu)化布置,提出了六個(gè)布置策略。 第五章介紹了所研制的且為實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)姆椒�、步驟及系統(tǒng),它用于車削中心上。首先以一臺(tái)為研究對(duì)象,進(jìn)行了熱源和熱模態(tài)分析,以了解影響機(jī)床加工精度的主要熱源及獲得機(jī)床上的關(guān)鍵溫度點(diǎn);然后,進(jìn)行熱誤差辨識(shí)和建模,給出熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)。這臺(tái)車削中心在實(shí)際生產(chǎn)使用中獲得了很好的補(bǔ)償結(jié)果后,又對(duì)多臺(tái)同類車削中心的熱誤差實(shí)時(shí)補(bǔ)償進(jìn)行了研究。基于第三章研究的適合于多臺(tái)同類機(jī)床熱誤差補(bǔ)償?shù)膬煞N魯棒建模新方法的補(bǔ)償系統(tǒng)首創(chuàng)用于生產(chǎn)廠100多臺(tái)同類型并規(guī)格基本相同的車削中心,全部?jī)H用兩個(gè)熱誤差數(shù)學(xué)模型,獲得了成功。從而取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 第六章介紹了另一臺(tái)在生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用的數(shù)控雙主軸車床幾何、熱誤差綜合實(shí)時(shí)補(bǔ)償技術(shù)。它的難點(diǎn)是不但要補(bǔ)償機(jī)床熱誤差而且還要補(bǔ)償機(jī)床幾何誤差。另外,由于該機(jī)床有兩根主軸而且互相影響加工精度、使得誤差元素的辨識(shí)、建模和補(bǔ)償既復(fù)雜又困難。在獲得了誤差運(yùn)動(dòng)綜合數(shù)學(xué)模型后,通過適當(dāng)選取測(cè)量坐標(biāo)、變換原點(diǎn),簡(jiǎn)化了綜合數(shù)學(xué)模型。根據(jù)幾何誤差的位置特性和熱誤差的溫度或時(shí)間特性,在誤差的混合信號(hào)中,分離了幾何誤差和熱誤差。在不同誤差元素的建模中,根據(jù)不同性質(zhì)和特點(diǎn)的誤差元素(與位置有關(guān);與溫度有關(guān);與位置和溫度都有關(guān))采用不同的建模方法。最終通過補(bǔ)償表明,機(jī)床精度大大提高。 第七章概括本研究工作和所得主要結(jié)論并對(duì)今后數(shù)控機(jī)床誤差補(bǔ)償工作作了展望。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：1998
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

.55.1熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)本研究補(bǔ)償系統(tǒng)使用原點(diǎn)平移法，因?yàn)檫@種補(bǔ)償系統(tǒng)既不影響坐標(biāo)值，也不影響CNC控制器上執(zhí)行的工作程序。補(bǔ)償系統(tǒng)由微機(jī)結(jié)合機(jī)床控制器構(gòu)成，流程框圖見圖5一18·工作過程和功能如下。首先通過布置在機(jī)床上的溫度傳感器實(shí)時(shí)采集機(jī)床溫度信號(hào):經(jīng)放大等預(yù)處理后再通過A心板進(jìn)人微機(jī)。微機(jī)根據(jù)預(yù)先建立的熱誤差數(shù)學(xué)模型結(jié)合實(shí)時(shí)采集的機(jī)床溫度值運(yùn)算出補(bǔ)償值并把補(bǔ)償值送人機(jī)床控制器�？刂破鞲鶕�(jù)補(bǔ)償值實(shí)時(shí)控制刀架的附加進(jìn)給運(yùn)動(dòng)來修正誤差、提高機(jī)床加工精度。位移傳感器(在實(shí)際生產(chǎn)補(bǔ)償加工過程中不用)用于在空切削中檢測(cè)機(jī)床熱誤差(由機(jī)床熱變形引起的主軸相對(duì)于刀具的漂移)，并將熱誤差數(shù)據(jù)結(jié)合相對(duì)應(yīng)的機(jī)床溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行建模。

·工

┦墾?宦畚牡諼逭露嗵ㄍ?喑迪髦行牡娜任蟛釷凳輩鉤?.5.62適合于多臺(tái)同類車削中心的熱誤差補(bǔ)償系統(tǒng)如圖5一21所示:所開發(fā)的補(bǔ)償系統(tǒng)由四個(gè)放置在車削中心的關(guān)鍵溫度點(diǎn)上電阻式溫度傳感器、具有橋接電路的調(diào)整板、AD/板及車削中心的控制器組成。首先通過布置在車削中心上的四個(gè)溫度傳感器實(shí)時(shí)采集車削中心的溫度信號(hào)。然后，信號(hào)經(jīng)調(diào)整板(專門制造的調(diào)整板僅由一些簡(jiǎn)單橋接電路組成，其主要功能是進(jìn)行電阻信號(hào)到電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化)放大、調(diào)整等處理后再經(jīng)過A心板進(jìn)人車削中心的控制器，控制器根據(jù)熱誤差數(shù)學(xué)模型算出補(bǔ)償值對(duì)刀架的附加運(yùn)動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制以修正機(jī)床熱變形造成的被加工工件的尺寸誤差。如果需要，數(shù)學(xué)模型的修改可簡(jiǎn)單地通過車削中心控制器的鍵盤輸入來完成。本補(bǔ)償系統(tǒng)去掉了為補(bǔ)償專用的計(jì)算機(jī)(圖中微機(jī)用于熱誤差模型需要修正時(shí)的溫度數(shù)據(jù)采集)，控制線路簡(jiǎn)單，制造成本低廉，使用非常方便可靠，非常適合于多臺(tái)同類車削中心的熱誤差補(bǔ)償....卜---.............車車削中心.-一~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~調(diào)整板板...-.-~~~T22222帳帳芍一一一一一一一一一一一一一一TTTTT33333TTTTT44444片片龔畢畢畢畢畢畢畢AAAAA八)板板板板板板板板板屏屏幕顯示示示示示示示示示示示示示示TTTC，Th
【引證文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2878597