精密滚珠丝杠磨削加工误差分析及其补偿控制

摘要

滚珠丝杠副是数控机床的关键零部件，高精度的精密滚珠丝杠副已被各国列为重点发展研究产品。如何提高滚珠丝杠的加工精度，特别是螺距加工精度，是本课题致力于完成的任务。由于微型计算机、自动化检测技术、智能控制技术等的飞速发展，应用高科学技术来进一步提高精密丝杠加工精度具有十分重要的意义。 本文以精密丝杠磨削加工过程为主要研究对象，对机床的传动链误差、磨削工艺系统热变形误差、丝杠受力变形误差等对丝杠螺距精度的影响进行了定量分析，为进一步进行有效的补偿提供依据。 在现有的物体导热基础上，采用二维热传导模型求解了精密长丝杠的内部温度场分布规律，对丝杠的热变形规律进行了分析，并通过一个仿真实例对丝杠磨削过程中的一些热现象进行了总结。为精密丝杠磨削过程中热变形误差的补偿提供了依据。 设计了螺纹磨床误差智能补偿控制系统，提出了一种采用改进算法的智能PID控制方法并介绍了该方法的控制原理及实现方法，以减小各种干扰和随机因素的影响，从而提高滚珠丝杠的磨削精度。 最后，应用开发的螺纹磨床误差智能补偿控制系统进行了丝杠磨削对比试验。试验结果表明，应用该补偿控制方法，可对滚珠丝杠的磨削精度提高1-2个精度等级。 本课题的研究方法及成果可推广应用到其他类零件的加工控制当中，为精密机械加工过程中加工误差的智能检测及其补偿提供理论上的技术支持，对促进精密机械制造技术的进一步发展具有重要的借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1精密滚珠丝杠的应用及发展前景

1.2课题的提出

1.3丝杠加工误差动态测量及补偿技术的现状及发展方向

1.3.1丝杠加工误差动态测量的现状及发展方向

1.3.2误差补偿技术研究现状

1.4课题研究的意义

1.5本课题所做的主要工作

1.6本章小结

第2章精密丝杠磨削加工误差分析

2.2引言

2.2影响丝杠螺距精度的主要因素

2.2.1丝杠螺纹表面的形成和误差

2.2.2影响丝杠螺距精度的主要因素

2.3机床的传动链误差对丝杠螺距精度的影响

2.3.1机床的传动误差

2.3.2机床主轴旋转精度

2.3.3机床母丝杠的旋转精度

2.3.4机床工作台运动平稳性对丝杠螺距精度影响

2.4磨削工艺系统热变形误差

2.4.1机床砂轮主轴的热变形

2.4.2机床头架的热变形

2.4.3机床其他部分的热变形

2.5丝杠受力变形误差

2.5.1工件自重引起的螺距误差

2.5.2磨削力变形引起的螺距误差

2.5.3砂轮主轴力变形误差

2.6其他工艺系统的误差

2.6.1顶尖孔的圆度误差

2.6.2中心支架的调整

2.6.3磨削工艺的合理选择

2.7本章小结

第3章工件热变形误差分析

3.1热源强度计算

3.1.1总发热功率

3.1.2传入工件丝杠的磨削热的比率

3.1.3热源强度计算

3.2丝杠内部温度场计算

3.2.1基本假设

3.2.2丝杠内部温度场计算

3.3丝杠热伸长计算

3.4温度分布与热变形的计算机仿真及分析

3.4.1仿真实例

3.4.2仿真结果及分析

3.5热变形规律总结

3.6本章小结

第4章丝杠磨削误差的智能补偿

4.1误差补偿系统的构建

4.2主要功能模块的改进设计及原理

4.2.1机床传动链误差的测量

4.2.2步进电机机械校正系统

4.2.3步进电机智能控制及接口电路设计

4.2.4控制微机的选取

4.3 PID控制算法基本原理及其智能改进

4.3.1 PID调节器的数学模型及其控制算法

4.3.2克服随机误差干扰的不完全微分PID控制

4.3.3实时修正PID参数的智能控制规则

4.4误差前馈补偿控制方法

4.4.1前馈补偿控制理论

4.4.2系统性能分析

4.5丝杠加工误差规律分析及其补偿控制方法实现

4.6本章小结

第5章试验研究

5.1丝杠副精度验收标准

5.2实验内容

5.3工件磨削温度的控制

5.4实验结果分析

5.5本章小结

结 论

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文

个人简历