面向大型齿轮测量中心的热误差补偿与实验研究

摘要

大型齿轮测量中心是一种基于电子展成法的高精度齿轮测量仪器。由于温度变化会使大型设备产生较大的热变形，从而产生较大的测量误差。本课题为了解决温度变化引起的热误差，在CNC齿轮测量中心几何误差补偿技术的基础上，进一步研究温度变化对测量精度的影响，采用热误差补偿技术，对热变形导致的误差进行研究和补偿，从而提高测量精度，为大型齿轮测量中心的设计和测量提供理论基础和依据。
　　本文分析了国内外齿轮测量中心的热误差补偿技术研究现状；针对齿轮测量中心的结构特点进行热特性分析，分析其热源和热变形变化规律；然后利用ANSYS对其进行热-结构耦合有限元仿真分析，分析其热变形大小和变形位置的规律。为了测量温度和热变形，搭建了温度和热误差检测系统，确定检测硬件、检测方案和数据采集系统。
　　为了研究温度变化与热变形之间的关系，采用实验建模法建立热误差经验模型。首先利用模糊聚类的方法对温度测点进行分组优化，确定关键测点；然后对齿轮测量中心采用人工神经网络和多元线性回归的方法建立热误差模型。在优化理论的基础上，将热误差建模过程集成到误差补偿软件中，建立热误差建模系统。提出了软件补偿的方法，并制定了补偿流程。结合具体的齿轮偏差参数的坐标计算方法，用补偿后的坐标计算，可以实现误差补偿。
　　为了验证热误差补偿模型，搭建了齿轮测量中心的热误差补偿实验平台，将热误差检测系统方法运用于实验中，确定了用于建模的温度关键测点。将多元线性回归模型运用于热误差补偿实验，对渐开线圆柱齿轮样板的齿廓偏差和螺旋线偏差进行计算和补偿。最后，通过实验结果可以发现，补偿后误差明显减小，说明该热误差补偿模型可以显著地提高测量的精度。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外齿轮测量中心误差补偿的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 齿轮测量中心的热变形误差分析

2.1 齿轮测量中心结构特点

2.2 齿轮测量中心热特性

2.3 齿轮测量中心热变形有限元仿真分析

2.4 本章小结

第3章 齿轮测量中心的温度和热变形检测系统

3.1 温度检测系统的建立

3.2 热变形检测系统的建立

3.3 数据采集系统

3.4 本章小结

第4章 齿轮测量中心的热误差建模和补偿

4.1 测温点优化

4.2 热误差建模方法

4.3 优化建模系统集成

4.4 热误差补偿

4.5 本章小结

第5章 热误差补偿的实验研究

5.1 实验内容和对象

5.2温度和热变形检测与分析

5.3 基于实验数据的测温点优化选择

5.4 基于实验数据的热误差建模

5.5 基于实验数据的热误差补偿

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢