基于花岗岩步距规的数控机床误差测量和补偿技术的研究

论文摘要

数控机床的误差测量是误差补偿的关键。本文针对一种新型数控机床精度检测装置——花岗岩步距规进行研究,建立了数控机床的误差模型,开发了基于VB的数控机床智能型误差测量系统,并对花岗岩步距规测量机床误差的特性进行了深入的探讨。主要内容包括以下几方面:首先,分析了国内外数控机床误差测量以及误差建模的现状,明确了数控机床误差测量的主要目的和方法。分析了各种误差测量仪器的优缺点,说明了开发花岗岩步距规装置测量误差的重要性。其次,对花岗岩步距规装置的具体结构进行了分析研究。介绍了花岗岩步距规装置的误差测量原理,详细推导了装置的平面特定微位移测量以及平面步距间偏离位移测量计算公式。分析了装置的误差测量精度,确定了各项因素,尤其是装置制造误差和安装误差对装置测量精度影响。再者,对花岗岩步距规装置的标定和测量方法进行了研究及开发误差补偿软件平台。对花岗岩步距规标定方法进行了研究和实验,分析了花岗岩步距规标定过程中测量基面制造误差对测量精度的影响。同时,详细阐述了基于VB开发的傻瓜型数控机床误差补偿系统各个功能实现的原理。最后,对花岗岩步距规装置进行数控机床误差测量试验,在分别完成位置标定与位置测量后,计算出了测量机床相对于标定机床的误差值。同时,在开发精度误差补偿软件平台中进行误差的计算并将得到的结果通过软件的线性分析和比较来判断测量结果的合理性和真实性。得到准确的测量结果,即将结果输入到数控机床的偏差中进行误差补偿。对单轴反向间隙进行了测量和补偿,经一次补偿后,坐标轴X、Y向同一点多次测量误差可控制在误差范围内,消除了反向间隙对平面误差场测量的影响。花岗岩步距规装置具有方便快捷,测量精度高,测量成本低,特别是对于工作环境比较恶劣的车间花岗岩步距规更能显示出它特有的优势,花岗岩步距规对工作的环境相对其它高精度测量仪器要求更低,它不受温度、噪音等的影响。由于具备这些特点,非常适合推广应用,对提高机床制造精度具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 数控机床误差产生的原因
• 1.2.2 数控机床几何误差的检测与标定技术
• 1.3 本文研究的内容
• 第二章 花岗岩步距规的制造及其装置组成
• 2.1 引言
• 2.2 花岗岩的特点
• 2.3 花岗岩步距规的制造
• 2.3.1 花岗岩步距规外部特征
• 2.3.2 步距规内部特征
• 2.3.3 花岗岩步距规的制造
• 2.4 花岗岩步距规的精度
• 2.4.1 影响步距规精度的因素
• 1'>2.4.2 步距的偏差值ΔL₁
• 2'>2.4.3 量块组合体平行性导致的偏差值ΔL₂
• 3'>2.4.4 温度导致的长度偏差ΔL₃
• 2.4.5 步距规的稳定性
• 2.4.6 步距规的校准
• 2.4.7 测量设备和环境条件
• 2.5 花岗岩步距规的优点
• 2.6 花岗岩步距规装置组成
• 2.7 本章小结
• 第三章 花岗岩步距规的测量标准和原理
• 3.1 定位精度的检测标准
• 3.1.1 定位精度标准及其相关
• 3.1.2 现行国内外数控机床定位精度的测量标准
• 3.1.3 国标对于数控机床定位精度评定及测量方法的规定
• 3.1.4 数控机床的主要精度指标与检验依据
• 3.2 花岗岩步距规的测量原理
• 3.2.1 花岗岩步距规测量定位精度
• 3.2.2 花岗岩步距规数学模型
• 3.3 本章小结
• 第四章 误差补偿系统的开发
• 4.1 VB 设计语言的选择
• 4.2 精度误差曲线的生成原理和方法
• 4.3 误差测量补偿系统的设计
• 4.3.1 误差补偿系统的界面框架设计
• 4.3.2 自动生成G 代码功能的实现
• 4.3.3 生成坐标系功能
• 4.3.4 数据采集
• 4.3.5 误差曲线绘制
• 4.3.6 运算误差结果
• 4.3.7 自动生成补偿文件功能
• 4.4 本章小结
• 第五章 机床精度误差补偿及数据分析
• 5.1 实验平台的搭建
• 5.1.1 安装及校准步距规
• 5.1.2 装夹传感器
• 5.1.3 通信设备的连接
• 5.2 误差的测量
• 5.3 测量结果的评估
• 5.4 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件