基于温度补偿的PMC控制方法的研究

发布时间：2017-09-01 20:08

  本文关键词：基于温度补偿的PMC控制方法的研究

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【摘要】：数控机床进给系统中的滚珠丝杠作为精密传动和定位的重要部件,其性能将直接影响数控机床在使用过程中的加工精度。数控机床经过长时间连续运转或高速切削加工之后,进给系统中与滚珠丝杠相接触的零部件区域(比如滚珠丝杠副、轴承等)就会产生许多热量。在数控机床的内部,这些热量不容易被及时的散发,导致滚珠丝杠的温度逐渐升高,使滚珠丝杠产生热变形,从而使刀具与工件之间的位置发生变化,降低了机床的加工精度。尤其是精加工数控机床,滚珠丝杠的热变形所造成的误差是不容忽视的。因此,对滚珠丝杠的热变形进行补偿对提高数控机床的加工精度具有重要的意义。本次课题以大连机床集团有限责任公司生产的DL-20型数控机床X轴进给系统中的滚珠丝杠为研究对象,以FANUC 0i数控系统内置的可编程机床控制器(Programmable Machine Controller,PMC)为核心,通过编制PMC程序梯形图控制机床对滚珠丝杠的轴向热变形进行补偿,从而提高数控机床的加工精度。本次课题主要研究内容如下:(1)对数控机床X轴进给系统的结构及工作原理进行介绍,并对数控机床热误差的产生进行分析,阐述降低热误差的方法。(2)利用Solidworks软件建立滚珠丝杠副的三维模型,通过对滚珠丝杠进给系统中热源的分析和计算,在确定约束条件和热载荷的情况下,将载荷加载到滚珠丝杠的有限元模型上,利用Simulation模块对滚珠丝杠副的温度场及热变形进行分析,得出滚珠丝杠的热变形图像和热变形的理论值。(3)对数控机床进给系统中滚珠丝杠在进行往复运动时产生的热变形进行测量,利用MATLAB绘制测量数据的图形,总结出其变形规律。(4)对FANUC 0i系统中PMC的基本结构及工作原理进行介绍。根据所测量的滚珠丝杠的热变形规律编制热误差补偿程序,并将补偿程序应用在实际切削中,测量零件尺寸是否在要求范围内。利用PMC控制程序对滚珠丝杠的热误差进行补偿后,数控机床所加工零件尺寸的误差在要求的范围内,说明了此方法能够解决由于滚珠丝杆的热变形所造成零件尺寸逐渐增大的问题。
【关键词】：数控机床 滚珠丝杠 热变形补偿 PMC
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-17
• 1.1 课题背景10
• 1.2 问题简述10-12
• 1.2.1 确定问题来源11-12
• 1.2.2 热误差所产生的影响12
• 1.3 国内外关于机床热误差的补偿现状概述12-14
• 1.3.1 国外的热误差补偿研究发展状况12-14
• 1.3.2 国内的热误差补偿研究发展状况14
• 1.4 误差补偿技术存在的问题14-15
• 1.5 选题意义15-16
• 1.6 本文主要研究内容16
• 1.7 本章小结16-17
• 2.DL-20数控车床的进给系统17-25
• 2.1 数控机床主要结构特点17
• 2.2 DL-20数控机床进给系统的结构及其工作原理17-20
• 2.2.1 进给系统的结构17-19
• 2.2.2 进给系统的工作原理19-20
• 2.3 X轴滚珠丝杠20-21
• 2.4 机床热误差产生原理21
• 2.5 机床在工作中产生热误差的影响因素21-22
• 2.6 降低热误差方法的分析22-24
• 2.6.1 误差避免法22-23
• 2.6.2 误差补偿法23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 3.滚珠丝杠的热分析25-33
• 3.1 软件介绍25-26
• 3.1.1 Simulation进行有限元分析的一般步骤25
• 3.1.2 Simulation使用步骤25-26
• 3.2 滚珠丝杠三维模型的简化26
• 3.3 滚珠丝杠进给系统的热源分析26-27
• 3.4 滚珠丝杆热源的热量计算27-31
• 3.4.1 轴承发热量的计算27-28
• 3.4.2 滚珠丝杠螺母的发热量计算28-30
• 3.4.3 滚珠丝杠和周围空气间进行的热交换现象30-31
• 3.4.4 轴承座表面的对流换热计算31
• 3.5 滚珠丝杠的温度场及变形分析31-32
• 3.6 本章小结32-33
• 4.对可编程机床控制器的研究33-48
• 4.1 FANUC-0i系统33-34
• 4.2 可编程机床控制器34-35
• 4.3 PMC的基本结构35
• 4.4 PMC的工作原理35-37
• 4.4.1 输入信号的处理36
• 4.4.2 输出信号的处理36-37
• 4.5 程序编制方式37-38
• 4.5.1 线性编程37-38
• 4.5.2 结构化编程38
• 4.6 梯形图的结构和组成38-40
• 4.6.1 梯形图的结构38-39
• 4.6.2 梯形图的组成39-40
• 4.7 指令系统40-41
• 4.8 编程软件介绍41-44
• 4.9 PMC程序举例解析44-47
• 4.10 本章小结47-48
• 5.数据测量与分析48-63
• 5.1 数据测量48-50
• 5.1.1 测量方法48-49
• 5.1.2 加工程序的编写49
• 5.1.3 数据采集49-50
• 5.2 MATLAB数据分析50-55
• 5.2.1 最小二乘法51-52
• 5.2.2 最小二乘法求解52-55
• 5.3 温度误差补偿原理55-56
• 5.4 滚珠丝杠的热变形规律56-57
• 5.5 参数设定57-61
• 5.6 结论61-63
• 6.总结和展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 参考文献65-68
• 附录 PMC温度补偿程序梯形图68-90
• 致谢90-91
• 作者简介91-92

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本文编号：774141