五轴联动螺旋锥齿轮磨齿机各轴几何误差测量与补偿.pdf

中南大学
硕士学位论文
五轴联动螺旋锥齿轮磨齿机各轴几何误差测量与补偿
姓名:龙云泽
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:唐进元
20100501
摘要数控机床几何位置精度是机床评定的重要指标,直接影响到机床的加工精度。如何提高数控机床的几何位置精度成为目前研究的关键问题。对于高精密数控机床,机床几何精度的提高至关重要,但是机床部件加工误差及机床装配误差等误差给机床几何位置精度提高带来了困难。采用数控系统误差补偿的方法可以使数控机床获得较高的几何精度,且具有成本低的优点。本文结合螺旋锥齿轮加工原理及齐次举标变换方法,建立螺旋锥齿轮数控磨齿机几何误差模型。并分析五轴定位误差对齿轮齿面精度的影响,为螺旋锥齿轮加工精度提高和机床误差建模提供参考。机床几何误差测量直接关系到机床几何误差数学模型的准确性,且影响到机床误差补偿的效果。本文采用激光多普勒位移测量仪测量螺旋锥齿轮数控磨齿机直线轴及匣V峁罴负挝蟛睿采用曜冀谢布负挝蟛钇蓝āN;渤龀差评定提供了参考。本文对软件误差补偿法及系统误差补偿方法进行了研究。在数控磨齿机上进行了误差补偿实验,分别对直线轴和叫转轴定位误筹进行补偿。实验结果表明,数控系统误差补偿效果较好,机床几何精度得到了明娃提高。采用萋旨觳庖遣饬磨齿机误差补偿前后所加工齿轮齿面误差。通过比较齿面误差验证机床几何精度的提高可提高机床加工精度。实验结果表明,螺旋锥齿轮数控机床的几何精度提高,其齿轮加工精度也提高。关键词:螺旋锥齿轮数控机床,几何位置精度,激光多普勒位移测量,数控系统误差补偿,加工精度
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第一章绪论弟一早珀课题来源国内外研究现状位置和形状误差。该误差模型可在一定程度上体现机床运动误差在机床加工过程数控机床各轴运动精度与机床加工精度息息相关。近年来,精密机械在工业界中的需求越来越多,从传统工具机到精密的半导体设备,都需要良好的空间运动精度,以完成精密加工与制造的目的。螺旋锥齿轮是机械传动系统中的重要部件,其制造精度的提高具有重要的意义。螺旋锥齿轮数控加工机床是精密的数控加工机床,对机床各轴有较高几何位置精度要求。本文针对螺旋锥齿轮数控机床,结合螺旋锥齿轮加工原理及齐次坐标变换建立齿面误差数学模型;分析机床几何误差对齿面误差的影响;采用激光多普勒测量法对数控机床几何误差进行测量,并通过数控系统误差补偿的方法进行误差补偿研究。对齿轮齿面误差建模、齿轮加工精度提高、机床误差测量评定及机床误差补偿工作具有重要意义。本课题来自困家重点基础研究项同项目笆只圃旎⊙芯,项目编号:。.布负挝蟛罱Q芯肯肿到目前为止,机床几何误差建模主要针对静态误差和准静态误差。机床误差建模的任务是用一种准确的数学表达方式或非解析的数学表达方式来描述机床的误差。机床几何误差建模是针对机床几何误差,在静态和动态及任一机床运动可到达的位置条件下,采用一种统一的数学表达方式来描述刀具及工件成形而的中形成加工工件几何形位误差的关系。机床几何误差建模方面的研究已经经历了较长的时间,一些专家和学者提出了多种不同的建模方法。虷心确直鹩旰年采用三角关系建立了三轴机床的几何误差模型。年,和!毖芯确定机床各误差因素的综合影响,并对多轴机床进行空问误差分析。年,’采用矢量表达方法进行三轴镗床的空间误筹分量分析;哺’硕士学位论文了匕
研究多维误差矩阵模型,并将其应用于瓴饬炕蟠筇高了测量精度。基于同体运动的小角度误差假说,和于年提出了一种三轴机床几何误差的解析二次型模型;同年,等盯芯砍隽税括了几何误差和热误差的车床广义误差模型;蚙嚷也于同年采用傅里叶变换建立起了回转工作台位置误差模型。年前苏联科学家和基于小角度误差假设,运用变分法推导出任意结构的机床的广义误差模型,将机床的误差直接表达为参数形式。该构型包括物体小位移数学模型、机床成形系统数学模型及几何误差模型,但是该模型没有将零件的加工工艺考虑在内,而实际上加工工艺对零件的精度有很大影响,因此由该模型预测的零件误差往往小于实际加工误差。年,伽等运用刚体运动学模型建立了三轴数控机床空间误差预报模型。年,¨等提出了一种基于刚体假说的建模方法,并采用该方法建立包含旋转轴在内的多轴机床的误差模型;同年建立了适用于非刚体条件的运动学模型,通过齐次变换方法建立了机床几何与热误差数学模型,该模型考虑了项机床误差。年国防科技大学朱建忠,李圣怡¨引,黄凯等对于提出的变分模型¨引作了进一步完善,将零件的加工工艺考虑在内,从而使模型更符合实际。近年来,采用多体系统理论进行机床误差建模的方法得到了广泛运用,且建立出很好的机床误差模型¨。多体系统理论对复杂机械系统具有较强的概括能力且其对系统描述方式能全面考虑影响系统的各项因素及各因素问相互耦合关系,因而在复杂机械系