精密加工机床主轴回转误差实时测量技术研究

作     者：裘荣波 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王文

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：精密加工机床 空气静压主轴 回转误差 实时测量 误差分离 仿真分析 

摘      要：主轴是数控机床、高速加工机床和加工中心等精密加工装备的核心部件,其精度直接影响工件加工质量。通过主轴回转误差测量,技术人员能对机床主轴的工作精度进行分析、预测和补偿控制,从而提高工件加工精度。因此,研究精密机床主轴回转误差的测量技术具有重要意义。本论文主要研究内容包括:1)设计主轴回转误差测量方案本论文对主轴三种误差类型—径向回转误差、倾角回转误差和轴向回转误差进行了理论分析,设计了五通道传感器测量方案。对于径向回转误差的测量,采用傅立叶变换和数理统计法误差分离技术;倾角回转误差计算则利用最小二乘圆拟合法;轴向回转误差采用数理统计误差分离技术;并对以上三种误差算法进行了数学建模。2)主轴回转误差测量方法的仿真分析基于MATLAB软件开发平台,开发了主轴回转误差测量仿真软件系统,重点对径向回转误差测量方法进行了仿真分析,讨论了误差分离效果。基于LabVIEW软件开发平台,开发了模拟主轴回转误差测量实验软件系统。3)搭建了主轴回转误差实时测量装置搭建了包括空气静压主轴、NI数据采集卡和电容型精密位移传感器等设备的硬件测量系统;开发了包括数据采集、滤波、分析处理等功能的软件系统。4)主轴回转误差实时测量实验研究以实验室自制空气静压主轴为对象,基于开发的主轴回转误差实时测量系统,开展了测量系统验证性实验。对主轴进行五种不同转速下的多次重复测量实验,分析处理测量数据,验证了主轴回转误差测量方法的可行性、所构建测量系统的可靠性;对比分析实验所得径向回转误差和打表测量法所得结果,验证测量系统的精确;分析倾角回转误差和轴向回转误差实验结果,讨论了主轴回转误差影响因素。