机床几何精度误差补偿技术的研究

论文摘要

随着科学技术的发展,精密和超精密加工技术越来越显得重要。在精密和超精密加工技术的研究和发展过程中,精密和超精密机床起着决定性的作用。传统的超精密机床的精度主要是靠机床的基准元部件的精度达到的,然而,依靠继续提高超精密机床部件的精度来提高加工精度已十分困难,而且一些加工中产生的误差很难消除。所以,采用微量进给机构实现刀具的精确微小位移,并在加工过程中对加工误差做出相应补偿是保证零件尺寸加工精度、实现精密、超精密切削加工的必要手段。本课题的研究对于提高精密机床的加工精度和工件表面质量有着重要的意义。本课题所研究的微进给刀具系统是精密机床实现微进给的关键部件,该部件是以电致伸缩陶瓷驱动的微进给系统。论文首先采用实验的方法对电致伸缩陶瓷驱动器的特性进行了分析测试,给出了电致伸缩陶瓷的迟滞、蠕变、受力变形等特性的实验结果,为实现精确的补偿做准备。设计了微进给刀具系统的开环控制系统,编制了控制程序,并对微进给系统进行了实验研究。采用了有限元方法对微进给刀具系统进行了建模和计算,分别进行了有限元静力分析和动力分析。通过静力分析得到了微进给刀具系统在静力作用下的变形和应力分布。通过模态分析得到了微进给刀具系统的前四阶固有频率和模态振型。对设计的微进给刀具系统进行了实验研究,对刀具系统的刚度和受力变形进行研究并对结果进行了总结。并应用微进给刀具系统进行了机床上的实际工件加工实验,通过对机床自身的误差补偿和最后的二次补偿,通过微进给系统的补偿,使工件的加工精度误差控制在5μm内,起到了比较明显的提高工件表面加工精度的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 微进给机构的综述及重要作用
• 1.2.1 微进给机构的要求
• 1.2.2 常用的微进给机构
• 1.2.3 微位移的技术支持
• 1.3 国内外研究现状及主要研究内容
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 压电（电致伸缩）陶瓷驱动器的性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 压电陶瓷的基本特性
• 2.2.1 压电效应和压电陶瓷概述
• 2.2.2 电致伸缩陶瓷的迟滞性研究
• 2.2.3 电致伸缩陶瓷的蠕变特性
• 2.2.4 电致伸缩陶瓷受力特性分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 微进给机构的设计与测试
• 3.1 微位移补偿系统
• 3.2 位移测量系统
• 3.2.1 常用测微仪的工作原理
• 3.2.2 电感式测微仪在系统中的应用
• 3.3 微进给系统的开环控制
• 3.3.1 控制系统的原理和组成
• 3.3.2 控制系统的软件设计
• 3.4 微进给刀架系统的特性分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 电极化强度控制/迟滞数学模型的实验研究
• 4.1 电极化强度等效模型
• 4.2 电极化强度控制模型实验验证
• 4.3 迟滞数学模型与实测数据对照实验
• 4.4 电极化控制模型与迟滞数学模型之间的关系
• 4.5 电致伸缩陶瓷的非线性改进
• 4.6 本章小结
• 第5章 利用电致伸缩陶瓷对机床几何精度误差的改进
• 5.1 微进给系统的静态特性实验研究
• 5.1.1 刚度实验的组成及实验方法
• 5.1.2 实验结果及分析
• 5.1.3 刀具补偿能力实验
• 5.1.4 实验结果及分析
• 5.2 微进给系统的受力情况研究
• 5.2.1 实验系统的组成及实验方法
• 5.2.2 实验结果及分析
• 5.3 机床误差的测量与补偿
• 5.3.1 机床主要误差
• 5.3.2 用水平仪、自准直仪测量直线度
• 5.4 车床对轴类零件的加工实验
• 5.4.1 车床自身主要误差的消除
• 5.4.2 微进给系统的二次补偿
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢
• 详细摘要