HTC2550hs高速数控车床几何精度在位监测理论与技术研究

论文摘要

几何精度在位监测技术是机械加工与测量一体化的重要组成部分,是为了降低成本及提高生产率的条件下保证产品的高精度要求,所急需研究开发的关键技术之一,但由于加工过程的复杂性,使其比离线测量复杂的多,因此,形位误差的在位监测技术发展缓慢,且亟待决绝,本课题来源于HTC2550hs高速数控车床及车削中心子课题高速车削加工动静态监测技术。本文首先对形状误差测量技术的国内外发展现状进行了简要综述,并对在位测量的特点进行了简要的分析,提出采用时域两测头、时域非对置两测头、时域对置两测头作为直线度、圆度、圆柱度的在位监测问题的总体方案,并通过模拟仿真验证了所提方案的可行性与可操作性,其原理是利用被测工件轮廓不变这一特征,应用两个传感器进行测量,针对采集到的信号中包含被测工件的形状误差,同时也包含车床主轴的回转误差或者进给机构的直行运动误差,在已建立的误差分离数学模型的基础上,经过适当的数学运算,把他们区分开来,最终得到被测工件的形状误差,在此基础上推导了基于误差分离的最小二乘、最小条件法数学模型,并以labwindows/cvi为软件平台编写了相应的程序,根据理论模型的要求,构建了在位测量装置的硬件系统,采用虚拟仪器技术,实现了数据的采集,误差的分离以及最小二乘、最小条件的评定。进行了在位测量实验,并对测量结果进行了简要的分析。本文工作表明,时域两测头直线度、时域非对置两测头圆度、时域对置圆柱度误差分离方法,是解决在位测量问题的有效途径,该方法即可解决多测头法受工作空间限制,不宜调整的缺点,又避免了多次定位法和多步法不适合在位测量的缺点,实现了被测工件的形状误差和车床或测量机构的运动误差的相互分离,最后针对实际测试中存在的问题,提出了几点改善措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题提出的背景及意义
• 1.2 工件几何量误差在位测量发展综述
• 1.3 几种形位误差评定与测量方法简介
• 1.3.1 直线度误差评定与测量方法简介
• 1.3.2 圆度误差评定与测量方法
• 1.3.3 圆柱度误差评定与测量方法
• 1.4 课题的主要工作
• 第2章 实验方案选择与数学模型分析
• 2.1 几何精度在位测量方案设计
• 2.2 直线度误差分离的典型方法研究
• 2.2.1 时域二测头直线度度误差分离数学模型仿真分析
• 2.3 圆度误差分离的典型方法研究
• 2.3.1 频域三点法
• 2.3.2 时域非对置两测头法
• 2.3.3 时域非对置两测头圆度误差分离数学模型仿真分析
• 2.4 圆柱度误差分离的典型方法研究
• 2.4.1 圆柱度误差分离的仿真分析
• 2.5 本章总结
• 第3章 在位测量系统硬件组成
• 3.1 数据采集硬件系统的概述
• 3.1.1 数据采集系统的特点
• 3.1.2 模拟信号与连接方式
• 3.1.3 采样点数和采样间隔的确定
• 3.1.4 采样频率的控制
• 3.2 数据采集系统的构成
• 3.2.1 传感器与传感器的标定
• 3.2.2 信号处理模块
• 3.2.3 数据采集卡
• 3.2.4 旋转编码器
• 3.2.5 微动测量台架
• 3.2.6 磁性千分表座
• 3.3 本章小结
• 第4章 形状误差虚拟量仪软件系统
• 4.1 软件平台的选择
• 4.2 误差图形生成的理论基础
• 4.2.1 基本几何形体的实现
• 4.3 在位监测系统的结构及组成
• 4.4 数据采集模块的软件实现
• 4.4.1 数据采集基本界面及其要实现的功能
• 4.4.2 数据采集的软件实现
• 4.5 误差分离模块的软件实现
• 4.5.1 直线度的误差分离软件实现
• 4.5.2 圆度的误差分离软件实现
• 4.5.3 圆柱度的误差分离软件实现
• 4.6 基于误差分离的评定模块软件实现
• 4.6.1 基于误差分离的直线度评定
• 4.6.2 圆度评定模块软件实现
• 4.7 圆柱度评定模块软件实现
• 4.8 本章小结
• 第5章 实验与实验结果分析
• 5.1 实验准备
• 5.1.1 传感器的标定与量程选择
• 5.1.2 传感器的安装与角度确定
• 5.1.3 采样与控制逻辑
• 5.2 数据分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间获奖及发表论文情况