数控铣床检测装置的结构、原理及应用.docx

摘要由于铳床结构和自动化的发展趋势，以及高精度，高效率，高质量的生产要求，铳床结构精度引起了极大的关注，在当前制造水平上难以加工高精度部件，并且加工精度越高,工件的加工成本越高，因此，提高数控铳床的加工精度对于中国制造业的发展至关重，要根据实际需要，本文分析了两个主要过程：数控铳削精度检测和数据缓存的测屈原理。通过两级数据缓存采集，您可以充分利用计算机的计算，存储，管理和传输功能,从而更准确地进行更实时的数据采集“经济高效.利用二次缓存技术，二次开发技术等，收集数控铳床的加工数据，并利用理论位置和实际加工位置指令分析，提高加工精度和误差修正模式，从而降低铳床加工频率并更换铳床精密部件。应用程序数据缓存技术简化j'处理过程中的数据丢失，并为加工精度分析提供r特定的数据支持.构建误差修正模型为数控系统的G代码的编制提供了理论支持。这大大减少了零件加工中的缺陷产品数量，缩短加工时间，确保产品质量，提高产品加工精度，从而减少不必要的生产成本及人工成本，提升经济效益。关健词：数控铳床：检测装置：数据采集第1章绪论1.1 数控铳床简介随若现代工业的快速发展，数控铳床的地位越来越突出。在中国的工业生产过程中，数控铳床充分用于生产大型工业产品。然而，CNC铳床是一种多进给机构。通过各种机构的联合行动，已经实现了狂杂机器部件的结构和运动精度的改进。今天的数控铳床可以测员加工零件的性能并测量加工精度.因此，提高数控铳床的加工精度对于中国制造业的发展至关重要。通常，行两种方法可以提高CNC洗床的加工精度。一是防止误差方法提高数控铳床的加工精度,另一种是使用校正误差方法提高铳床的加工精度“前一种方法是通过在设计阶段使用完美的设计技术和方法并使用高级，高性能组件来减少组装过程中可能发生的错误。然而，在当前制造水平上难以加工高精度部件，并旦加工精度越高，工件的加工成本越高。后一种方法通过在部件加工过程的相反方向上产生误差来人工补偿铳床加工误差，从而降低铳床加工频率并更换铳床精密部件。一种降低频率的工具。成本。就大多数国内公司而言，误差补偿技术的使川是一种经济且高度适用的方法。一些使用寿命长的数控铳床可能无法通过更换机器零件来提面铳床的精度。因此，纠错方法是唯一有效的方法.基于大多数工厂错误检测技术实现误差补偿技术，根据共原理的不同，可以将错误检测分为不同类型的检测。根据结构的不同，不同的CNC铳床使用不同类型的检测工具。在许多国内工厂中使用两种类型的加工精度检测方法：直接检测方法和间接检测方法。前者测量加工过程的误差因素，但数控铳床在加工过程中的误差不仅来自系统内部，而且外部更杂的环境因素导致胱床加工误差。必须在铳床的所有部件上安装直接检测方法。该设备实施起来很麻烦，测量过程需要时间。间接错误检测方法是测量开发空间中的错误并测量CNC铳床的误差分量值。基于此，确定了由铳床加工引起的误差。该错误检测方法更有效，测量更准确，并且间接错误测量方法更便宜。铳床由各种线性和旋转运动部件组成。每个组件都会将错误引入铳床。铳床误差的原因主要可分为原始制造工艺，热变形尺寸，振动,切削，控制系统，外部干涉等。1.2 国外研究现状国外一些发达国家数控铳床误差模型的建设研究在中国还比较早。在20世纪60年代,开始研究数控铳床误差模型的构建。一些早期研究人员基于群推导方法为数控铳床创建了一个误差模型，其中，国外学者D1.1.iIe和DFrancc等人提出的误差模型是最具代表性的。到20世纪70年代末，人们提出了一种基于几何误差模型的代数误差模型，即误差的矢量表示。SChU1.tSChiCkR等使用矢量表示为蹦床误差建立了一个新的数控模型。在同一时期，RHockcn提出了一个代表性的多维矩阵表示，他的研究使用基于坐标测量机的误差检测模型来验证三坐标测量的准确性。对误差模型构造的进一步研究导钗了20世纪80年代的第-种小角度误差检测方法的出现。同时，对钢体运动多体理论用于构建三坐标铳床几何误差模型的相关研究也在不断深入。PMFerreira和CR.1.iu等研究人员使用这种方法通过函数方程表示几何误差，并在此基础上建立洗床误差的二次分析模型。在20世纪80年代中期，IJomnezMA等人的研究通过研究铳床误差模型，为数控铳床建立了一个全面的误差评估系统。在20世纪90年代早期，相关的学术专家和学者研究了铳床中的非刚性运动误差，学者陈等人提出使川相同类型的坐标变换方法来模拟机器形状和热误差，在实际应用取得了良好的效果。在21世纪初，部分研究人员对基于齐次坐标的建模技术进行了更为详细的探究。拉赫曼等通过齐次坐标建模建立了综合误差模型，这在实际上具有广泛的适用性。为了有效保证数控铳床在运行过程中的精度和稳定性,数控铳床在实际更杂的切削条件卜必须具有优异的动态性能.这一点是评估铳床的有效方法。在20世纪60年代末，NASA的研究团队使用演示示例提出了工件发合体的概念，该更合材料由各种形状组成，称为NAS979试件。NAS979标本在铳床经过了一系列测试的过程，测试项目最多可达12项。洗床切削试验可以表示铳削过程中铳床的进给步长和过切，但这会影响工件的加工精度且运动精度也会受到影响。NAS979很早就开始了测试件设计工作，因此第一个研究对象是3轴数控铳床，这种类型的铳床不能反映表面加工过程中铳床的动态特性，尤其是具有许多复杂表面形状的零件。由于精度和形状有更高的要求，迫切需要找到一种提高工件加工精度的新方法。在综合评估铳床加工精度的传统条件下，许多研究人员通过许多研究实验证实，工件的加工只能通过加工精度间接测量。然而，在早期阶段，人们无法更加有效地使用铳床，并且在实际应用中假设了影响加工零件的相互作用的因素。如果加工过程中工件异常，则无法有效识别影响加工精度的相关因素。及近，日本学者对数控铳床的错误识别进行了详细的研究.来自东京大学的Matsushita教授分析了NAS979样品的误差分离，在实验中，六个铳床的几何误差通过试样分层方法来表征。1.3 国内研究现状虽然国内外研究人员对军用数控铳床的误差建模进行了详细研究,但与一些发达国家相比，研究进展还是相对较慢.20世纪90年代，天津大学的张青和刘有武建立了基于多系统理论的数控铳床误差模型,并在此基础上进行了详细的研究，提出的多系统理论方法综合考虑了铳床运动的存在，基于耦合系数建立了任意结构类型铳床的几何误差模型.上海交通大学杨建国采用齐次坐标修正方法建立空间坐标误差模型，花该模型构建中，充分考虑了与误差相关的影响因素和热误差的影响，在实际应用中获得了较好的补偿效果.此外，中国有许多公司.铳床制造商和大学研究机构，正在对多轴数控铳床的几何误差模型构造技术进行详细研究，主要使用拓扑结构和多体运动理论相结合，事实上已经取得了很好的研究成果.天津大学徐悦分析了数控跣床伺服系统的精度，提出了伺服系统运动过程中的精度测盘指标，该指示器可用于测量加工误差，还可提出轮席误差的校正控制.华中科技大学汉等人研究了数控铳床的切削过程，建立数控铳床的切削动力学模型，研究多轴饯床运动的动态特性，根据具体理论优化参数提出了一种新方法，具有重要意义。华中科技大学唐小琪应用多体运动理论对数控跣床加工的五轴联动进行详细研究，以提高数控诜床几何误差的构造和校正。浙江大学何林林薄壁结构切削力预测模型，用于分析加工过程中的工件变形和振动稳定性，以上研究人员为中国多釉高速诜床的性能研窕和误差动态检测更定了理论基础：目前，加工零件的误差主要分为空间误差和热误差。加工工件不仅可以精确识别CNe铳削过程中与动态模a相关的参数，还可以量化检测过程中的基本误差。数控铳床的加工性能和误差特性由最新的计算机技术精确确定。此外，可以使用一系列有效的误差校正方法来提而加工精度.然而，在实践中,不能为每个误差变地建模研究彩咱CNC铳床的动态性能参数的因素。因此,这种动态性能测试允许在仅获得假设下的关键因子,并从理论上进行分析。这也是通过理论分析进行几何误差校正的理要原因。使用高级工具,如球杆仪（DDB）测量仪器和RTCP（旋转刀具中心点）几何误差检测器，根据这些移动具调整数控铳床的误差修正和动态特性正在进一步探索研窕中，系统地分析运动误差以反映铳床的静态误差特性或CNC铳床的多轴联动状态的动态精度。另一方面，这对于记录铳床运动是有用的，但是目前，现有的测试只能在加工过程中快速检测特定的运动轨迹而不是表面轮廓，这与铳床的实际工作有一定的差距，当遵循伺服控制系统时，轮廓控制系统通常需要向每个进给轴提供附加的轮麻误差校正信息并将其馈送到进给轴，使进给轴做一个合理的运动。然而，该校正信息是使用轮廓误差闭环校正估汁或计算的轮廓误差，而不改变每个釉位置环的增益。1.4 研究趋势通过对上述国内外数控铳床加工误差修正研究现状的分析，目前对数控铳床加工精度的研究和分析主要集中在多体系统理论和同质性上。在坐标分析和研究中，如果铳床陷入第杂的误差并11不能准确地检测到对整个工件精度的影响，则铳床的使用范闹会受到很大限制。当测试各种类型的机加工零件时,检测方法相对较老，在电杂零件检查的情况下，可以检测不适合实际生产的加工精度,但是不可能在仃限的时间内准确和及时地分析检测。目前,关于数控铳床精度检测的唯研究是理论空间误差建模，空间误差检测和补偿研究，由它们给出的趋势预测只能指导铁床伺服系统的加工参数。但是，由于特殊的加工条件，铳床内部存在的任何异常的振动干扰都会导致无法测量当前的加工精度，此时，需要利用实时检测系统检测铳床的加工精度，由此改善产品质员，以防止在加工过程中的危险。目前，在CNC铳床加工精度检测中基本上没有将伺服系统的加工数据和数据采集控制相结介的检测系统.为了很小化加工工件检查时间对加工效率的影响,仃必要考虑如何建立可靠的工件检查时间，建立个高效的加工精度检测和分析系统。第2章数控铳床检测装置位置检测装置是重要的部件，闭环或半闭环控制系统的主要功能是检测位移和速度并发送反馈信号以形成闭环或半闭环控制。团环控制数控诜床的加工精度主要取决于检测系统的精度“数控铳床位置检测器的要求如卜；(D工作可靠,抗干扰能力强。(2)满足准确性和速度要求.(3)安装方便，维护方便，适用于铳床工作环境。QD成本低。2.1 旋转变压器旋转变压器是常用的角部检测部件。由于其结构简单，精度可以满足一般的测试要求。因此，它广泛应用于数控铳床。在开放式数控系统和数控仿真系统中，数控程序解析模块把给定格式的数控程序解析，提取数控程序里面的所有信息，调用并发送给运动控制卡的函数或者图形内核的函数。传统的解析方法比较专一、死板，通常只能解析一种或者特定格式的数控程序，无法解析其他格式的数控程序。在开发开放式数控系统，或者虚拟数控仿真系统中，都有一个非常重要的模块，那就是G代码解析，这一模块的作用是把给定的G代码程序解析成运动控制"里面的函数或者图形内核里面的函数可以识别，需要的数据等。传统的数控程序解析方法比较单一，一般是用正则表达式进行匹配，并对数控程序进行词法分析、语法分析、语义分析等2.1.1旋转变压耦是受控做电机，具有输出电压信号和转子角度之间的关系。角位移测量装置包括定子和转子。旋转变压潜的操作原理基本上类似于普通变压器的操作原理。在传统的变压器中,定子绕组用作变压器的初级侧井接收激励电压。转子绕组作为变压瑞的次级侧，感应电压通过电磁描合获得，输出电压与转子的位置有关。旋转变压器测量或馈送导螺杆角度并间接测殖工作台位移。通常使用的旋转变压器是具有两个绕组的双极旋转变压器，定子绕组和转子绕组彼此正交“2.1.2旋转变压器的工作原理旋转变压器的工作原理是互感,其结构允许定子和转子之间的磁通敢为正（剩余）串，定子绕组与用于在转子绕组中产生腾应电动势的激励电压相结合。从图2T中可以看出,产生的电动势的大小取决于定子和转子在空间中的两个绕组轴上的相对位置，当两者平行时，倍通儿乎完全通过转子绕组的横截面，使转子绕