数控车床研制及其进给刚度误差源的一种加工补偿技术

摘要

数控车床的进给系统主要部件是滚珠丝杠,其结构特点及安装形式决定了进给系统传动刚度低,从而在一定程度上影响了车床的加工精度,半闭环车床由于缺少光栅尺等位置检测装置,因此进给系统刚度引起的加工误差会更明显。研究进给系统刚度产生加工误差的机理,对提高半闭环普通数控车床的加工精度有着重要意义。本文以实验室自主研制的多功能数控车床为研究载体,建立了内球面加工过程中,考虑刚度影响的进给系统力学模型,通过仿真研究分析了刚度产生的误差影响,提出一种误差补偿方法并进行了实验验证。
　　根据实验需求,对多功能数控车床的机械本体进行了详细设计,并为车床配置了传统的数控和工控机两套控制系统,设计了便于两套控制系统转换的控制柜,并对各硬件的配置和接线进行了介绍,完成了多功能数控车床的装配和联机调试。建立了考虑刚度影响的进给系统数学模型。针对较为复杂的内球面加工,从工艺路线和工艺参数两个方面分析了其加工过程,建立了切削力作用下的进给系统受力和变形模型,通过仿真研究,分析了切削用量对进给系统受力及不同母线和材料对变形量的影响规律,为误差补偿程序的编写和实验的开展提供依据。本文最后提出了一种分段圆弧插补、定点补偿的补偿方法,并编写了含误差补偿机制的内球面自动加工程序,在研制的数控车床上开展了内球面加工实验,对含补偿机制加工的内球面和普通加工的内球面进行了测量,测量结果表面,进给系统刚度对内球面加工存在影响,通过补偿机制可以在一定程度上提高加工质量。

目录

数控车床研制及其进给刚度误差源的一种加工补偿技术

DEVELOPMENT OF A NUMERICAL CONTROLLATHE AND RESEARCH ON PROCESSINGERROR COMPENSATION CAUSED BY FEEDINGSYSTEM STIFFNESS

摘 要

Abstract

目 录

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 进给系统刚度研究现状

1.2.2 内球面加工发展现状

1.2.3 曲面误差研究现状

1.2.4 曲面检测研究现状

1.3 本课题研究内容

第2 章 多功能数控车床的研制

2.1 车床的结构设计

2.1.1 进给系统结构设计

2.1.2 机架及尾座的设计

2.2 控制系统设计

2.3 车床的调试

2.4 本章小结

第3 章 考虑刚度影响的进给系统数学模型的建立

3.1 内球面车削工艺分析

3.1.1 车削工艺路线规划

3.1.2 工艺参数的选择

3.2 内曲面车削受力分析

3.2.1 机床坐标系下切削力的分解

3.2.2 进给系统轴向力模型建立

3.3 进给系统变形量模型的建立

3.3.1 接触刚度的求解

3.3.2 进给系统变形量数学模型

3.4 本章小结

第4 章 进给系统变形仿真研究

4.1 曲面加工误差机理分析

4.2 进给系统受力模型仿真研究

4.2.1 仿真模型的建立

4.2.2 受力模型仿真曲线分析

4.2.3 受力模型仿真曲线分析

4.3 进给系统变形量模型仿真研究

4.4 本章小结

第5 章 加工程序的编写及实验研究

5.1 内球面自动加工程序编写

5.1.1 补偿算法研究

5.1.2 加工程序的编写

5.2 内球面加工实验

5.2.1 车床加工零点标定

5.2.2 内球面加工实验

5.3 内球面检测及结果分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

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