加工中心主轴热变形智能补偿软件设计与实现

摘要

主轴热误差是影响机床加工精度的重要因素，而对于热误差的软件补偿是最经济的解决方案。
　　自上个世纪90年代中期起，随着科学研究的发展，技术人员在软件热误差补偿领域的研究也在不断深入，为了提高工件的加工精度进行了大量工作，涌现出了大量新技术及与之相关的文献。同时，软件误差补偿应用前景广阔及实用性强的特点也得到了佐证。当前大部分误差软件补偿系统是基于PC机的计算机控制系统，在这种补偿系统中由PC机负责前端传感器数据采集处理并将处理后的数据反馈给机床控制系统。这种方法虽然能完成补偿任务，但是其存在系统复杂、调试复杂、稳定性差、成本高等缺陷，难以达到市场普及的需求。同时在热误差补偿技术本身也还存在一些缺陷，尤其鲁棒性较低已成为突出问题。
　　基于上述原因，本课题针对精密卧式加工中心，对其热误差补偿技术进行研究，并建立了补偿模型，再完成了基于嵌入式平台的软件设计。最终，热误差补偿结果可以使用模拟量或数据总线发送到加工中心控制系统中。
　　首先，本文以精密卧式加工中心主轴为研究对象，建立了用于热误差研究的数据采集与模拟补偿试验系统，通过多元线性回归、BP神经网络等方法进行数据分析，建立了热误差补偿的稳态与动态数据模型。
　　其次，本文在基于C8051F系列片上系统（SOC）的嵌入式平台上进行了包括硬件驱动、操作系统、ModBus通信、图形用户界面（GUI）、智能补偿软件在内的嵌入式软件设计。
　　此外，对最终控制器的性能进行调试以及测试和分析。
　　结果表明，补偿后的加工中心实现了一个数量级的精度提升，平均补偿率达95.16。并且智能补偿控制器具有良好的稳态和动态补偿性能，其软件系统的稳定性与操作性俱佳，尤其是自校正功能大大的提高了系统适应能力，简化了后期操作难度。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 当前的不足

1.4 针对当前不足的解决方案

1.5 相关理论与技术的研究

1.6 课题的主要研究内容与目标以及技术路线

1.7 课题的研究内容和论文的组织结构

1.8 本章小结

第二章 实验方案与数据采集

2.1实验对象解析

2.2实验方案设计

2.3 数据采集系统设计

2.4 本章小结

第三章 补偿建模

3.1 建模工具简介

3.2 数据分析与优化

3.3 补偿模型

3.4 本章小结

第四章 软件系统的设计与实现

4.1 开发环境与软硬件平台

4.2 软件系统结构设计

4.3 驱动层软件设计与实现

4.4 操作系统软件设计与实现

4.5 应用软件设计与实现

4.6 本章小结

第五章 系统测试

5.1 软件测试

5.2 补偿性能的综合应用测试

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献