直线导轨精密矫直的误差检测及补偿技术研究

摘要

随着机械装备对高精度高精密化的要求越来越高，对组成高精密装备的零件的精度要求也越来越高。直线导轨作为支撑和直线导向运动的重要零部件，它在轧制、锻造、挤压、拉拔、冷却、运输及各种加工及运输过程中，常会由于内力的消长、温度的变化以及外力的作用下发生弯曲或扭曲变形。为了保证精密直线导轨的直线度和减少最终精加工切削余量，必须对其进行精密矫直减少这些变形。
　　 误差补偿方法是一种十分经济有效的提高精密直线导轨矫直机加工精度的手段。因此，本文围绕精密直线导轨矫直的误差检测及误差补偿技术，做了如下几方面内容的研究:
　　 (1)提出基于在位与在线检测技术的直线导轨精密矫直综合误差补偿方法。对精密直线导轨压力矫直机进行误差分析，采用误差的直接补偿，对矫直过程全闭环控制中的数据进行误差补偿，实现对矫直机的直接综合误差补偿。
　　 (2)建立精密直线导轨矫直的挠度-行程模型。分别采用弹塑性力学理论推导出数学模型、建立实验导轨的三维模型进行有限元分析的理论模型、以及导轨在材料试验机上模拟矫直过程的弯曲加载实验这三种方法，建立出直线导轨精密矫直的挠度-行程模型，并以此模型为基础进行矫直过程中的下压行程控制。
　　 (3)进行直线导轨矫直的误差检测。首先根据材料力学知识推导出导轨弯曲变形时的应变与挠度的对应关系;然后通过导轨在位挠度检测实验和导轨在线应变检测实验，进行矫直机矫直误差的检测和分析;最后并根据两组实验数据的对比，建立矫直过程中的误差补偿矫直模型。
　　 (4)设计矫直误差的软件补偿模块，实现精密直线导轨矫直的误差补偿功能。综合理论挠度-行程模型以及矫直误差修正模型，建立出更接近实用情况的模型。设计软件补偿模块，实现精密直线导轨矫直过程的在线实时误差补偿。
　　 (5)针对LG15导轨进行矫直实验，分别采用误差补偿前和误差补偿后的两个模型矫直，并采用三坐标测量机进行测量，通过实验数据对比验证补偿精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及目的意义

1．1．1 研究的背景

1．1．2 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 矫直装备的研究现状

1．2．2 误差补偿技术的研究现状

1．3 课题来源及本文的主要研究内容

1．3．1 本课题的来源

1．3．2 主要研究内容

1．4 本章小结

第2章 精密压力矫直机误差补偿技术

2．1 误差补偿技术概述

2．2 精密压力矫直机简介

2．3 矫直机误差源分析

2．4 矫直机误差补偿方案

2．4．1 导轨矫直模型建模方案

2．4．2 误差补偿实验方案设计

2．5 本章小结

第3章 直线导轨矫直模型的建立

3．1 直线导轨理论矫直模型

3．1．1 金属弹塑性变形理论

3．1．2 选取研究导轨

3．1．3 导轨挠度-行程理论模型

3．2 直线导轨有限元分析

3．2．1 有限单元法简介

3．2．2 仿真方案与步骤

3．2．3 导轨挠度-行程有限元模型

3．3 直线导轨弯曲实验

3．3．1 实验设备与方案

3．3．2 实验步骤与数据处理

3．3．3 导轨挠度-行程弯曲实验模型

3．4 本章小结

第4章 直线导轨矫直误差检测实验

4．1 导轨变形时应变与挠度关系

4．2 实验设备

4．2．1 直线位移传感器

4．2．2 无线应变传感器网络

4．2．3 计算机数据处理与分析系统

4．3 实验步骤

4．3．1 传感器的布置方案

4．3．2 传感器的安装和标定

4．3．3 导轨矫直在位挠度检测

4．3．4 导轨矫直在线应变检测

4．4 实验数据处理

4．5 本章小结

第5章 矫直误差补偿实验

5．1 直线导轨矫直模型的建立

5．2 矫直误差补偿软件模块设计

5．3 误差补偿实验与分析

5．4．1 实验方案与设备

5．4．2 实验步骤

5．4．3 实验结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文和成果