机床主轴回转精度建模与精度互补偿设计
发布时间：2021-02-12 11:40
机床主轴回转精度是决定机床加工精度的核心原因之一,研究分析主轴系统回转精度及影响因素并采取合适的方法减小误差,可以显著提高机床的加工质量。在目前制造业领域追求精密及超精密加工的大背景下,为响应国家对装备制造业提出的要求,推动我国制造业高速发展,提高机床主轴回转精度是很有必要且必需的。本文在分析国内外学者对主轴技术研究的基础上,分析目前发展存在的不足,提出“机床主轴回转精度建模与精度互补偿设计”研究课题。以MATLAB为主要工具建立主轴回转精度数学模型,分析各误差因素对主轴回转精度的影响规律,并设计了可视化仿真分析界面,对回转精度影响较大的误差进行优化,提出精度互补偿方法,并编制了精度互补偿软件分析系统。本文的主要研究工作如下:第一,以常见的双支承主轴结构为研究对象,通过对主轴物理结构的分析及简化,分析其误差源,并以多体系统理论及齐次坐标变换为基本原理,描述主轴误差运动形式及误差传递关系,建立主轴系统六个自由度方向的误差运动数学模型。第二,利用建立的主轴回转精度数学模型,结合误差评定方法,分析各主要误差因素对主轴端面径向跳动的影响规律,以径向跳动值大小作为评价主轴回转精度的标准,并量化的...
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文研究技术路线
2主轴系统回转精度建模原理及方法92主轴系统回转精度建模原理及方法主轴系统是数控机床的最核心部件，主轴系统内部产生的误差，经过累积和传递，最终在主轴输出端叠加进而对被加工部件的精度产生很大影响。在主轴系统的设计、制造、装配以及加工过程中，各个环节都会产生误差，主轴回转精度是由很多误差因素决定的，这些误差因素的存在会使得主轴回转轴线偏离理想回转轴线，从而引起主轴径向跳动，还有些误差因素会引起主轴轴向窜动及角度摆动，这三种主轴回转误差运动形式会导致主轴振动、发热、使主轴发生变形，刚度降低，引起被加工件的形状、精度的改变。主轴系统的误差来源很广，即使设计精度满足要求，在制造、装配过程中同样会产生误差，例如轴承的装配、轴承间隙的大小，以及主轴系统实际结构中跨距和悬伸量的比值等都会造成不同程度的误差。在加工过程中，这部分误差就会综合映射在被加工件上，此外加工过程中还有主轴转速、刀具进给量、卡盘夹紧力、刀尖圆弧半径等因素影响，这些误差因素综合作用，引起被加工件精度降低甚至报销。为了更精确的得到各误差因素对主轴回转精度的影响程度，定量的分析它们的影响规律及叠加效应，建立各误差因素对主轴回转精度的影响模型是很有必要的。2.1主轴回转精度的数学描述理想状况下，主轴沿着其理想回转轴线做周期性的回转运动，实际中由于各种误差的存在，主轴的回转轴线会偏离理想回转轴线而形成轴向窜动、角度摆动、径向跳动这三种形式的误差运动，这个运动过程包括六个自由度：分别沿x、y、z轴的平移运动以及分别沿x、y、z轴的旋转运动。图2.1主轴回转误差运动示意图
重庆理工大学硕士学位论文10为分析方便起见，将这六个自由度方向的运动简化为径向误差运动和轴向误差运动，轴向运动只涉及一个自由度，即沿z轴的平移运动，分析起来较简单。本文主要分析径向运动，这个过程涉及4个自由度，即分别沿x、y轴的平动和沿x、y轴的转动。将这4个自由度的运动形式继续简化，如下图：图2.2四自由度简化图在主轴回转轴线上取两点P、Q，且这两点距离要足够远，分别过P、Q两点做垂直于z轴的平面，此时，由于误差运动的数值远小于P、Q两点间距离，可近似认为，P、Q两点分别在平面1和平面2内运动。通过这种方式将径向误差运动简化为二维平面内的运动。后面研究所提到的径向跳动大小都指代二维平面运动的值的大校2.2机床主轴系统结构及误差源分析2.2.1主轴系统结构分析多分析主轴物理结构是建模及误差源规律分析的基础，主轴系统是指主轴轴颈本身以及固定轴颈的前后支承（轴承、调整垫圈、隔套）以及密封盖、锁紧螺母、键、箱体等部件的综合。如图2.3所示为主轴系统结构示意图。1、锁紧螺母2、密封圈3、密封盖4、前轴承5、箱体6、隔套7、调整垫圈8、端盖9、主轴图2.3主轴系统结构图y
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器视觉的车床主轴径向跳动误差测量方法研究[J]. 彭凯,杨泽青,杨伟东,刘丽冰. 制造技术与机床. 2018(02)
[2]主轴回转精度多步误差分离研究[J]. 马平,李健洪,欧建国,廖能解. 机械科学与技术. 2018(06)
[3]SL50型数控车床主轴回转精度的可靠度研究[J]. 张丽萍,李业农,周开俊. 机械设计与制造. 2016(12)
[4]机床主轴径向跳动测量方法的改进设计[J]. 陈佳炳,邵铮杨,徐华通,张中明,吴晓苏. 现代制造技术与装备. 2016(02)
[5]数控机床主轴回转精度测试与劣化分析[J]. 么曼实,王红军,周玉飞. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2015(06)
[6]超精密机床主轴回转误差在线测试与评价技术[J]. 孙郅佶,安晨辉,杨旭,张清华,王健,毕果. 制造技术与机床. 2015(09)
[7]车床主轴跳动影响与改善方法[J]. 武欣竹. 电子制作. 2014(22)
[8]车床主轴轴颈精度的可视化分析方法[J]. 黄强,魏坤. 机床与液压. 2013(07)
[9]主轴动态回转误差测试及分析[J]. 刘启伟. CAD/CAM与制造业信息化. 2013(Z1)
[10]高速电主轴径向跳动及静刚度测试方法[J]. 杨钢. 重庆理工大学学报(自然科学). 2013(02)
博士论文
[1]高速电主轴动态加载可靠性试验及其故障诊断研究[D]. 陈超.吉林大学 2016
[2]精密主轴系统回转精度劣化机理研究[D]. 代晓明.机械科学研究总院 2015
硕士论文
[1]机床主轴动态回转误差检测技术研究[D]. 郭学庆.沈阳工业大学 2018
[2]负载条件下机床主轴动态精度测量方法研究[D]. 郑烽.电子科技大学 2018
[3]轴类零件径向跳动误差测量的机器视觉技术研究[D]. 张雅超.吉林大学 2017
[4]数控机床主轴动态性能检测系统研究[D]. 孟奎.华中科技大学 2016
[5]机床主轴回转精度在线检测技术的研究[D]. 胡伟.昆明理工大学 2016
[6]转轴径向跳动和转速实时检测光电系统的研究[D]. 赵炜.哈尔滨工业大学 2008
[7]非连续回转面径向跳动测量数据处理系统研究[D]. 向胜梅.长春理工大学 2008
[8]高速电主轴回转精度及静刚度测试研究[D]. 杨钢.重庆大学 2008
[9]高速高精密主轴回转误差在线动态测试技术研究[D]. 王少蘅.广东工业大学 2006
[10]精密轴的径向回转误差分析与三维仿真[D]. 荆瑞红.苏州大学 2006
本文编号：3030811
【文章来源】：重庆理工大学重庆市
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
论文研究技术路线
2主轴系统回转精度建模原理及方法92主轴系统回转精度建模原理及方法主轴系统是数控机床的最核心部件，主轴系统内部产生的误差，经过累积和传递，最终在主轴输出端叠加进而对被加工部件的精度产生很大影响。在主轴系统的设计、制造、装配以及加工过程中，各个环节都会产生误差，主轴回转精度是由很多误差因素决定的，这些误差因素的存在会使得主轴回转轴线偏离理想回转轴线，从而引起主轴径向跳动，还有些误差因素会引起主轴轴向窜动及角度摆动，这三种主轴回转误差运动形式会导致主轴振动、发热、使主轴发生变形，刚度降低，引起被加工件的形状、精度的改变。主轴系统的误差来源很广，即使设计精度满足要求，在制造、装配过程中同样会产生误差，例如轴承的装配、轴承间隙的大小，以及主轴系统实际结构中跨距和悬伸量的比值等都会造成不同程度的误差。在加工过程中，这部分误差就会综合映射在被加工件上，此外加工过程中还有主轴转速、刀具进给量、卡盘夹紧力、刀尖圆弧半径等因素影响，这些误差因素综合作用，引起被加工件精度降低甚至报销。为了更精确的得到各误差因素对主轴回转精度的影响程度，定量的分析它们的影响规律及叠加效应，建立各误差因素对主轴回转精度的影响模型是很有必要的。2.1主轴回转精度的数学描述理想状况下，主轴沿着其理想回转轴线做周期性的回转运动，实际中由于各种误差的存在，主轴的回转轴线会偏离理想回转轴线而形成轴向窜动、角度摆动、径向跳动这三种形式的误差运动，这个运动过程包括六个自由度：分别沿x、y、z轴的平移运动以及分别沿x、y、z轴的旋转运动。图2.1主轴回转误差运动示意图
重庆理工大学硕士学位论文10为分析方便起见，将这六个自由度方向的运动简化为径向误差运动和轴向误差运动，轴向运动只涉及一个自由度，即沿z轴的平移运动，分析起来较简单。本文主要分析径向运动，这个过程涉及4个自由度，即分别沿x、y轴的平动和沿x、y轴的转动。将这4个自由度的运动形式继续简化，如下图：图2.2四自由度简化图在主轴回转轴线上取两点P、Q，且这两点距离要足够远，分别过P、Q两点做垂直于z轴的平面，此时，由于误差运动的数值远小于P、Q两点间距离，可近似认为，P、Q两点分别在平面1和平面2内运动。通过这种方式将径向误差运动简化为二维平面内的运动。后面研究所提到的径向跳动大小都指代二维平面运动的值的大校2.2机床主轴系统结构及误差源分析2.2.1主轴系统结构分析多分析主轴物理结构是建模及误差源规律分析的基础，主轴系统是指主轴轴颈本身以及固定轴颈的前后支承（轴承、调整垫圈、隔套）以及密封盖、锁紧螺母、键、箱体等部件的综合。如图2.3所示为主轴系统结构示意图。1、锁紧螺母2、密封圈3、密封盖4、前轴承5、箱体6、隔套7、调整垫圈8、端盖9、主轴图2.3主轴系统结构图y
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于机器视觉的车床主轴径向跳动误差测量方法研究[J]. 彭凯,杨泽青,杨伟东,刘丽冰. 制造技术与机床. 2018(02)
[2]主轴回转精度多步误差分离研究[J]. 马平,李健洪,欧建国,廖能解. 机械科学与技术. 2018(06)
[3]SL50型数控车床主轴回转精度的可靠度研究[J]. 张丽萍,李业农,周开俊. 机械设计与制造. 2016(12)
[4]机床主轴径向跳动测量方法的改进设计[J]. 陈佳炳,邵铮杨,徐华通,张中明,吴晓苏. 现代制造技术与装备. 2016(02)
[5]数控机床主轴回转精度测试与劣化分析[J]. 么曼实,王红军,周玉飞. 北京信息科技大学学报(自然科学版). 2015(06)
[6]超精密机床主轴回转误差在线测试与评价技术[J]. 孙郅佶,安晨辉,杨旭,张清华,王健,毕果. 制造技术与机床. 2015(09)
[7]车床主轴跳动影响与改善方法[J]. 武欣竹. 电子制作. 2014(22)
[8]车床主轴轴颈精度的可视化分析方法[J]. 黄强,魏坤. 机床与液压. 2013(07)
[9]主轴动态回转误差测试及分析[J]. 刘启伟. CAD/CAM与制造业信息化. 2013(Z1)
[10]高速电主轴径向跳动及静刚度测试方法[J]. 杨钢. 重庆理工大学学报(自然科学). 2013(02)
博士论文
[1]高速电主轴动态加载可靠性试验及其故障诊断研究[D]. 陈超.吉林大学 2016
[2]精密主轴系统回转精度劣化机理研究[D]. 代晓明.机械科学研究总院 2015
硕士论文
[1]机床主轴动态回转误差检测技术研究[D]. 郭学庆.沈阳工业大学 2018
[2]负载条件下机床主轴动态精度测量方法研究[D]. 郑烽.电子科技大学 2018
[3]轴类零件径向跳动误差测量的机器视觉技术研究[D]. 张雅超.吉林大学 2017
[4]数控机床主轴动态性能检测系统研究[D]. 孟奎.华中科技大学 2016
[5]机床主轴回转精度在线检测技术的研究[D]. 胡伟.昆明理工大学 2016
[6]转轴径向跳动和转速实时检测光电系统的研究[D]. 赵炜.哈尔滨工业大学 2008
[7]非连续回转面径向跳动测量数据处理系统研究[D]. 向胜梅.长春理工大学 2008
[8]高速电主轴回转精度及静刚度测试研究[D]. 杨钢.重庆大学 2008
[9]高速高精密主轴回转误差在线动态测试技术研究[D]. 王少蘅.广东工业大学 2006
[10]精密轴的径向回转误差分析与三维仿真[D]. 荆瑞红.苏州大学 2006
本文编号：3030811
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