复杂宝石加工专用装备精度控制技术研究

摘要

数控专用机床的开发能力直接关系到一个国家的装备制造能力，而衡量数控专用机床性能优劣的一个重要指标是数控专用机床的精度。本文针对复杂宝石加工专用装备的精度控制技术进行了深入的研究，提出了基于有限元分析的复杂宝石加工专用装备夹具针杆挠度控制技术、提出了基于敏感误差分析的复杂宝石加工专用装备的公差优化技术、分析了基于PLC控制的复杂宝石加工专用装备误差补偿技术，并将其应用到实际复杂宝石加工专用装备的精度控制方案中。
　　 第一章，简要的介绍了机电一体化和数控机床的定义，阐述了数控机床的特点，概括了国内外数控专用机床精度控制的研究现状，叙述了数控专用机床精度控制的主要任务。然后分析了复杂宝石加工专用装备的应用背景和存在的问题，最后提出了笔者所在课题组开发的复杂宝石加工专用装备中需要解决的精度控制问题。
　　 第二章，针对复杂宝石加工专用装备夹具针杆刚性较差的问题，提出了基于有限元分析的夹具针杆挠度控制技术。分析了宝石磨削过程中的夹具针杆的受力模型，建立了基于因次解析法的夹具针杆磨削力计算公式。对夹具针杆模型划分有限元网格后，分析夹具针杆支撑点对挠度的影响，通过优化支撑点的位置来达到复杂宝石加工专用装备精度控制的目的。
　　 第三章，为了提高机械装备设计中公差设计的精确性，提出了基于敏感误差分析的复杂宝石加工专用装备公差优化技术。介绍了敏感误差分析的基本原理，应用多体系统理论建立了复杂宝石加工专用装备各零部件的拓扑结构和特征变换矩阵，基于低序体阵列的方法建立了复杂宝石加工专用装备的误差模型，给出了复杂宝石加工专用装备的敏感误差分析方法。
　　 第四章，针对误差防止技术对提高复杂宝石加工专用装备精度的局限性，分析了基于PLC控制的复杂宝石加工专用装备误差补偿技术．深入研究了PLC控制系统的误差补偿技术，分别给出了使用PLC控制系统的反向间隙补偿和电子齿轮功能对复杂宝石加工专用装备进行误差补偿的步骤和注意事项。
　　 第五章，将前面三章的精度控制技术应用到实际复杂宝石加工专用装备精度控制方案中。首先，通过有限元分析选择合适的夹具针杆定位点，给出了夹具针杆的挠度分布图和夹具本体的结构设计方案。然后，应用敏感误差分析理论对该装备滑台的敏感方向进行公差优化。最后，运用PLC控制系统的反向间隙补偿功能对该装备的传动部件进行误差补偿，应用电子齿轮功能对宝石加工上料工序的定位精度进行控制。
　　 第六章，总结本论文的研究内容，并展望复杂宝石加工专用装备精度控制需要进一步研究的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

第1章绪论

1.1论文研究背景及意义

1.2数控专用机床精度控制的研究现状与主要任务

1.2.1数控专用机床精度控制国内外研究现状

1.2.2数控专用机床精度控制的主要任务

1.3复杂宝石加工专用装备研究现状

1.3.1复杂宝石加工专用装备应用背景介绍

1.3.2复杂宝石加工专用装备介绍

1.3.3复杂宝石加工专用装备存在的精度问题

1.4.论文的主要内容及结构框架

1.4.1论文研究的主要内容

1.4.2论文研究的结构框架

1.5本章小结

第2章基于有限元分析的复杂宝石加工专用装备夹具针杆挠度控制

2.1引言

2.2有限元分析基本原理

2.3夹具针杆的载荷模型分析

2.3.1夹具针杆蜗轮结构受力分析

2.3.2夹具针杆磨削力计算建模

2.3.3夹具针杆载荷模型

2.4夹具针杆支撑点位置对夹具针杆挠度的影响分析

2.4.1夹具针杆的有限元分析

2.4.2结果分析和优化

2.5本章小结

第3章基于敏感误差分析的复杂宝石加工专用装备公差优化

3.1引言

3.2敏感误差分析基本原理

3.3复杂宝石加工专用装备空间误差建模

3.3.1复杂宝石加工专用装备的多体系统拓扑结构

3.3.2复杂宝石加工专用装备的低序体描述及自由度表

3.3.3复杂宝石加工专用装备多体系统的特征变换矩阵

3.3.4多体系统的运动学方程及复杂宝石加工专用装备误差模型

3.4复杂宝石加工专用装备敏感误差分析及公差优化方法

3.4.1复杂宝石加工专用装备敏感误差分析

3.4.2复杂宝石加工专用装备公差优化方法

3.5本章小结

第4章基于PLC控制的复杂宝石加工专用装备误差补偿

4.1引言

4.2复杂宝石加工专用装备误差源分析

4.2.1反向间隙

4.2.2螺距误差

4.2.3热变形误差

4.2.4跟随误差

4.2.5摩擦误差

4.3复杂宝石加工专用装备传动部件的反向间隙补偿分析

4.3.1传动部件的反向间隙分析

4.3.2控制系统的反向间隙补偿功能及注意事项

4.3.3控制系统的反向间隙补偿设置步骤

4.4复杂宝石加工专用装备控制系统的电子齿轮功能

4.4.1电子齿轮原理

4.4.2使用电子齿轮功能的误差补偿方法

4.4.3使用电子齿轮功能的注意事项

4.5本章小结

第5章 复杂宝石加工专用装备精度控制方案实现

5.1引言

5.2复杂宝石加工专用装备夹具针杆挠度控制方案

5.3复杂宝石加工专用装备公差优化设计方案

5.4复杂宝石加工专用装备误差补偿方案实现

5.4.1复杂宝石加工专用装备反向间隙补偿方案

5.4.2基于电子齿轮功能的误差补偿方案

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

附录攻读硕士学位期间发表的学术论文和参加的科研项目