基于激光位移传感器的数控机床主轴径向运动误差测试方法研究

论文摘要

主轴回转误差是影响机床加工精度的主要因素,主轴回转精度是评价机床动态性能的一项重要指标。本论文以研究基于激光位移传感器的数控机床主轴径向运动误差测试方法为主,首先分析了国内外主轴回转误差测量技术的发展现状,对主轴的误差运动进行了详细的分析与辨识。在比较了几种误差测量与分离技术的基础上,提出了多圈重合三点法误差分离技术以适应高速机床主轴的测量,并建立了相应的理论公式,给出了完整的测量方法及具体的数据处理方法,以分离圆度误差,主轴径向回转误差和最小二乘圆心偏心运动。为了对上述分离方法的有效性进行验证,对其分离精度进行评价,以Matlab7.0为开发平台,开发了一套专门的主轴回转误差仿真软件系统。在该仿真系统上,应用多圈重合三点法对单圈随机性和单圈周期性主轴回转误差进行了仿真测量研究,根据仿真测量结果观察三点法误差分离技术的分离效果。另外,研究了标记点数对测量结果精度的影响规律。同时,对采样结果的形状失真进行了理论分析。根据多圈重合三点法误差分离技术测量方法的要求,正确选择了满足测量要求的组件,搭建了一套适用于高速高精度主轴回转精度测量的基于高精度CCD激光位移传感器的硬件系统;基于虚拟仪器技术,以LabVIEW为开发平台,开发了一套高速主轴径向运动误差动态测试软件系统。在主轴径向运动误差动态测试系统上对XHK-714F数控加工中心的主轴进行径向运动误差的测量实验研究,通过对测量数据的分析评定多圈重合三点法误差分离技术的有效性及测量方法的可靠性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 目次
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景及意义
• 1.3 主轴径向误差测量技术研究现状
• 1.3.1 主轴径向误差测量技术
• 1.3.2 国内外研究现状
• 1.4 本学位论文的主要内容
• 2 主轴径向误差测量的理论研究
• 2.1 主轴误差运动
• 2.2 主轴回转误差测量值
• 2.3 传统测量方法
• 2.3.1 打表测量法
• 2.3.2 单向测量法
• 2.3.3 双向测量法
• 2.4 圆度误差
• 2.4.1 圆度误差的几何特征
• 2.4.2 误差的评定方法
• 2.5 误差分离技术
• 2.5.1 反向法
• 2.5.2 多步法
• 2.5.3 多点法
• 2.6 本章小结
• 3 多圈重合三点法误差分离技术研究
• 3.1 三点法误差分离技术
• 3.1.1 传统三点法
• 3.1.2 三点法的几种演化形式
• 3.1.3 三点法分离偏心运动
• 3.1.4 多圈三点法测误差
• 3.2 形状失真分析
• 3.2.1 影响误差分离精度的因素
• 3.2.2 测量参数及谐波抑制的消除
• 3.2.3 圆度误差分离的幅值传递
• 3.3 仿真软件开发与仿真分析
• 3.3.1 开发环境——MATLAB简介
• 3.3.2 仿真系统实现原理
• 3.3.3 系统功能模块与程序流程
• 3.3.4 仿真分析
• 3.4 本章小结
• 4 基于激光位移传感器的测试系统设计
• 4.1 测试系统硬件构成
• 4.1.1 激光位移传感器
• 4.1.2 控制器
• 4.1.3 光电编码器
• 4.1.4 触发信号发生电路
• 4.2 测试系统软件设计
• 4.2.1 虚拟仪器与LabVIEW
• 4.2.2 软件功能与程序流程
• 4.3 本章小结
• 5 多圈重合三点法误差分离实验研究
• 5.1 实验准备
• 5.1.1 实验方案
• 5.1.2 系统调试
• 5.2 实验数据与分析
• 5.2.1 实验数据
• 5.2.2 实验结果分析
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献:
• 作者简历