精密轴系回转误差测量系统的设计、分析与仿真

论文摘要

数控机床和加工中心作为制造业的关键设备,其加工精度受到诸多因素制约,其中精密轴系的加工装配精度是主要的影响因素之一。在精密轴系的制造过程中需要采用相应的质量控制手段才能确保加工装配精度,而针对精密轴系的回转误差、振动、动平衡和静刚度的检测则是质量控制体系中的重要一环。精密轴系的回转误差是最重要的精度指标,近年来在对轴系回转误差检测过程中,传统的检测手段已经不能满足越来越高的轴系精度要求。本文在分析传统的三点法检测中对主轴回转误差和圆度误差进行一次误差分离的基础上,将轴系振动作为回转误差的耦合影响因素进行深入的研究,提出对精密轴系的回转误差进行二次误差分离的思想,建立了二次误差分离模型,进行了精密轴系回转误差测量系统的方案设计,并论述了该测量系统的硬件、软件设计过程。其中硬件部分侧重于测量器件的选型与分析;软件部分设计了一种基于FFT的改进重复算法,阐述了软件的整体架构和相关流程图,以及关键算法的程序代码。最后,利用Matlab/simulink的强大建模功能,设计了主轴回转误差二次分离的仿真模型,证明了二次误差分离的可行性。使用模拟数据点对系统软件进行了仿真测试,得到了与理论分析一致的仿真试验结果,验证了系统的检测精度,体现了精密轴系回转误差测量系统方案的实用性,对于将整个系统运用车间质量控制奠定了良好的理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题技术背景
• 1.2 国内外技术研究现状
• 1.3 精密轴系的误差源
• 1.4 本课题研究内容与任务
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 任务与计划
• 第二章 精密轴系回转误差测量系统的总体方案设计
• 2.1 轴系回转误差的传统检测方法
• 2.1.1 三点法检测
• 2.1.2 两点法检测
• 2.2 轴系回转误差的分析
• 2.2.1 主轴振动位移误差
• 2.2.2 回转误差的二次分离
• 2.3 轴系回转误差测量总体方案
• 2.3.1 轴系回转误差测量的设计思想
• 2.3.2 轴系回转误差测量的处理流程
• 2.4 测量系统的体系结构
• 2.4.1 位移量的数据采集
• 2.4.2 振动量的数据采集
• 2.4.3 CAN 总线通信
• 2.5 小结
• 第三章 精密轴系回转误差测量系统硬件设计
• 3.1 系统硬件结构
• 3.2 传感器选型
• 3.2.1 位移传感器
• 3.2.2 加速度传感器
• 3.3 数据采集卡
• 3.4 DSP 处理器
• 3.5 小结
• 第四章 精密轴系回转误差测量系统算法设计
• 4.1 系统方案算法分析
• 4.2 基于FFT 的重复算法设计与改进
• 4.2.1 传统的FFT 算法原理和特点
• 4.2.2 基于FFT 的重复算法
• 4.2.3 基于FFT 的改进重复算法设计
• 4.3 FFT 逆变换的原理和改进重复算法设计
• 4.4 基于改进重复算法对主轴回转误差检测方法的设计
• 4.5 小结
• 第五章 精密轴系回转误差测量系统软件设计
• 5.1 系统软件简介
• 5.1.1 DSP 集成开发环境CCS
• 5.1.2 Visual C++ 6.0
• 5.2 控制系统的软件设计
• 5.2.1 三测头位移信号处理的软件设计
• 5.2.1.1 三测头位移信号的混合优化
• 5.2.1.2 64 点FFT 正变换改进重复算法
• 5.2.1.3 圆度误差频域值的分离
• 5.2.1.4 64 点FFT 逆变换改进重复算法
• 5.2.1.5 主轴回转误差时域分离
• 5.2.2 轴承振动信号处理的软件设计
• 5.2.2.1 振动信号的线形处理
• 5.2.2.2 二次积分的编程
• 5.2.3 二次回转误差分离软件设计
• 5.3 小结
• 第六章 系统建模与仿真
• 6.1 基于 Matlab/simulink 的建模与仿真
• 6.1.1 Matlab/simulink 简介
• 6.1.2 建模过程及仿真
• 6.1.3 仿真结果分析
• 6.2 测量过程的数据仿真
• 6.2.1 C++ Builder 6.0 简介
• 6.2.2 主轴回转误差原始数据模型及产生
• 6.2.3 测量过程的仿真
• 6.2.4 仿真结果分析
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 附录1 原始数据产生器程序
• 附录2 各个传感器模拟原始数据点
• 附录3 64 点FFT 正变换改进重复算法程序
• 在学期间的研究成果