数控装置技术指标的检测技术研究

论文摘要

数控装置作为机床加工的“大脑中枢”,其技术指标性能的优劣直接影响着机床的加工效率以及加工零件的精度。研究对数控装置技术指标进行分离检测的方法,有助于提高国产数控装置的综合性能并缩小与国外高档数控装置的差距。目前对数控装置本身的技术指标,缺乏单独的检测方法和手段。在实际机床上加工测试件或者利用圆光栅等高精度的量具量仪对机床运动特性进行检测的间接测试方法,其检测结果包含数控装置、伺服系统以及机床传动机构的综合评价,用此结果评价数控装置技术指标性能并不准确。通过对伺服系统和机床传动机构的建模,搭建数字化的检测平台,实现对数控装置技术指标的客观检测。数字化检测平台分为数据采集、机电系统仿真、指标检测性能分析、测试用例、参数设置、模型参数验证等软件功能模块,并采用上下位机的结构形式。利用Simulink搭建多轴机电系统仿真模型,并运用RTW技术实现伺服系统以及机床传动机构的数字化仿真,完成机电系统仿真模块的功能。通过VC与Matlab交叉编程的方式,实现模型参数的验证。运用Linux+RTAI/LXRT方案为检测平台提供实时的检测环境,实现对毫秒级插补周期等高实时性技术指标的检测。为了实现对数控装置反向间隙技术指标的检测,建立机床反向间隙模型。该模型能够模拟不同大小反向间隙对机床加工圆轮廓的影响,根据其轨迹特征来评价反向间隙误差补偿的性能。检测平台采集被测数控装置加工标准测试用例得到的位置、速度指令,测算出轮廓误差、跟随误差以及速度波动等指标来评价其位置控制性能。根据时间分割的插补原理,接收被测数控装置的位置指令数据,根据弓高误差来反向计算插补周期值。最后通过Nurbs样条曲线的定义,对被测数控装置Nurbs样条曲线插补的功能和性能进行全面检测。基于数字化检测平台,对数控装置反向间隙误差补偿性能进行检测,分析检测结果,提出一种多周期的反向间隙误差综合补偿算法,提高了补偿性能。利用检测平台验证了一种双轴联动控制策略。说明了检测平台“测试驱动改进”的功用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题的来源、目的和意义
• 1.2 数控装置的发展趋势
• 1.3 数控装置检测技术的研究现状及发展趋势
• 1.4 本课题的主要工作
• 2 数控装置数字化检测平台整体设计
• 2.1 数控装置主要技术指标
• 2.2 检测平台的总体框架设计
• 2.4 本章小结
• 3 数字化检测平台关键技术
• 3.1 检测平台机电系统仿真建模
• 3.2 机电系统仿真模型的数字化
• 3.3 显示终端参数验证模块的实现
• 3.4 检测平台实时仿真环境的搭建
• 3.5 本章小结
• 4 数控装置若干重要技术指标检测方法
• 4.1 反向间隙误差补偿性能的检测方法
• 4.2 数控装置位置控制性能的评价与检测
• 4.3 数控装置插补周期检测
• 4.4 Nurbs样条曲线插补检测
• 4.5 本章小结
• 5 基于检测平台“测试驱动改进”的功用
• 5.1 “测试驱动改进”的开发过程
• 5.2 检测平台“测试驱动改进”功用的验证
• 5.3 本章小结
• 6 全文工作总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录