基于三点法的精密主轴径向回转误差分离技术研究

摘要

机床主轴是现代机械加工中的核心部件，主轴精度决定了工件的加工精度，因此，对主轴的研究就显得尤为重要。主轴空间振动最直接表现是圆度误差与回转误差，通过对以上两种误差的研究便能清晰把握一个机床主轴的运动状态。论文选择了三点法误差分离技术为理论基础进行研究，围绕提高圆度误差与回转误差分离精度展开论述。
　　首先，本文对比分析了目前比较常见的误差分离方法，并最终选择了具有一定研究价值的三点法误差分离技术展开讨论。阐述了该分离方法的基本原理，分析发现权函数在三点法误差分离技术中具有重要意义，当权函数选择不合理时，可能导致谐波抑制现象的发生，从而产生错误的误差分离结果。
　　其次，从数学分析的角度对权函数的特性进行了研究。围绕权函数，提出了改善误差分离精度的两个标准—全局性、局部性。依据以上两个标准，运用极大熵函数方将不可微优化目标函数转化为连续可微的优化函数。结合粒子群优化算法，优化得到了可预防谐波抑制现象发生的全局传感器安装角度。仿真效果表明：全局最优值很大程度上提高了误差分离精度。
　　最后，针对现实情况下传感器噪声信号对误差分离效果影响这一问题，本文进一步提出了一套抑制传感器噪声信号的优化方法。该方法不再围绕权函数展开研究，而是将三点法误差分离技术中的权系数与权函数当作统一整体进行分析，确立了新的优化目标函数。再次结合粒子群优化算法，优化得到了噪声抑制下的传感器安装角度。理论分析与仿真结果表明，该角度下的误差分离精度仍能保持较高水平，并且该角度组合对传感器噪声信号具有良好的抑制效果。考虑到由于传感器安装角度偏差可能带来的误差分离精度下降和谐波抑制现象发生等问题，本文提出了克服此类缺点的方法，即区间优化。通过该方法的运用，有效解决了传感器安装过程中由于安装偏差所带来的误差分离精度下降问题。
　　综上所述，本文围绕提高三点法误差分离精度展开深入研究。针对不同问题，优化得到了传感器安装角度全局最优值、噪声抑制最优值、区间最优值。最终，通过仿真分析和实验测试充分证明了理论研究的可靠性和优化结果的正确性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

目录

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2误差分离方法研究现状

1.3课题来源和研究内容

第二章 精密主轴回转误差信号提取

2.1回转误差基础知识

2.2三点法误差分离技术

2.3本章小结

第三章 三点法误差分离权函数智能优化方法

3.1三点法误差分离权函数分析

3.2优化目标建立

3.3粒子群算法及权函数优化方法

3.4本章小结

第四章 提高三点法误差分离精度的改进优化方法

4.1考虑噪声影响的优化策略

4.2噪声抑制优化结果及仿真分析

4.3考虑传感器角度安装偏差的区间优化策略

4.4区间优化结果测试及仿真分析

4.5本章小结

第五章 实验验证

5.1测试系统组成

5.2实验方案及其效果对比

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

致谢

作者简介