数控加工过程在线检测系统的误差分析与补偿研究.pdf

广东工业大学
硕士学位论文
数控加工过程在线检测系统的误差分析与补偿研究
姓名:张本正
申请学位级别:硕士
专业:在线检测
指导教师:高健
20100501
摘要通过编程工具,实现误差补偿模块的开发,并将其集成由于国内对零件加工精度的检测精度及效率要求越来越高,在线检测系统因此也得到了越来越广泛的应用。但由于目前在线检测系统没有较高的检测精度,限制了系统的广泛应用。目前,国内已有一些院校和企业正在进行在线系统的误差分析和补偿这方面的研究。但基本上是针对测头的标定及半径补偿方面,而对预行程误差的补偿技术研究则大大落后于国外。本论文对加工中心在线检测系统的检测误差源和关键误差补偿技术开展研究,主要包括以下几个方面的内容:调研国内外在线检测系统的误差分析和补偿技术发展现状,指出当前该领域存在的关键问题,提出提高在线检测系统的检测精度的总体方案;从测头的结构和工作原理上分析检测误差的来源:标定误差、半径误差和预行程误差;提出测头标定方法、四叉乘半径误差补偿法、和基于神经网络的预行程误差补偿方法实现检测系统的误差补偿;到在线检测系统中。通过与神经网络模型的仿真对比,实现所开发模块有效性的验证;开展误差补偿的实验验证。论文以斜面零件的平面度误差、圆柱零件的圆度误差和自由曲面零件的加工精度误差的检测为例,对检测结果进行了预行程误差的预测与补偿,并通过与觳饨峁亩员壤囱橹て有效性。关键词:在线检测;误差分析;预行程误差;误差补偿
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,难以获得满意的实际测量精度。测量精度的提高可以采用核心。生产力发展到今天,一个、工业水平的综合体现,成为国家经济实力和竞争力的集中代表。著名科学家钱学森先生曾指出:“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。而测量技术是关键和基础。懿饬考际跏腔倒ひ捣⒄沟基础和先决条件,这个结论己被生产发展的历史所认可。在加工机床上装上一些测量装置,可大大提高生产效率,减少废品率,从而降低加工成本。将测量和加工组成统一的工艺系统整体,不仅可纠正加工方法,而且还能对一些工艺参数的变化进行连续的检测,通过在不同的阶段对这些参数进行反馈与预报,使之保持在预定的最佳的范围内。采用先进的检测技术和产品来迅速提升装备制造业水平,是当前一个重要的发展方向,研究和发展现代检测技术有着广阔的市场前景⋯。精密测量技术是机械工业发展的基础和先决条件,机械加工精度的提高总是与测量技术的发展水平紧密相关,测量、.检测技术在经济发展和科学技术发展的重要作用将越来越充分地体现出来。近年来,制造业精密测量技术的发展很快,总的趋势是向高精度、高自动化和高效率方向发展,其中有两个很重要的表现:一是采用电子计算机技术和数控程序的现代方法参与检验或控制过程,用计算机处理综合测量信息;二是由离线测量逐渐过渡到在线测量。采用先进的检测技术和产品来迅速提升装备制造业水平,是当前一个重要的发展方向,研究和发展现代检测技术有着广阔的市场前景¨,。但是与三坐标测量机相比,加工中心在线检测系统测量环境复杂,误误差防止和误差补偿两种措施。误差防止是通过合理的机床设计、测头结构设计、零件加工、机床装配、环境控制来消除或减少可能的误差源,但
,是“制造中之必须丫鸾变成不只是一个要求而是成为了一个市场。因此,每当一批零件将要开始随着加工精度的提高,单纯依靠提高零部件的质量、降低内部热源发热量、严格控制加工环境和使用条件来减小误差,在技术上变得越来越困难,在经济上变得越来越难以承受。误差补偿技术针对测量结果予以修正,进行软件补偿,而不需对机床的结构和制造作重大变更,所需费用低且便于调整,因而成为提高机床加工精度的良策,尤其符合我国国情。随着现代计算机技术、数控技术及测量技术的高速发展,在线检测系统的误差补偿技术更是越来越成熟,使得在线检测有了更加宽广的应用前景。数控机床在线检测技术的发展为数控机床加工过程的质量检测提供了一套行之有效的方法。该技术将加工和检测集成在一起,实现了加工过程中的自动测量,大大减少了测量时间,同时避免了多次装夹引起的定位误差,对检测机床的工作状态,保证加工精度,降低废品率等方面都有重要意义。在主轴上安装的探测头可用于序中测量和首件检测,通过自动修正偏置值进行序中工件测量,增强无人加工的可靠性,利用自动偏执更新进行首件检测和缩短等候首件结果的停机时间⋯。自由曲面的数控机床在线检测技术涉及到测试理论、计算机技术及最优化理论等许多学科领域,可以说这