基于精密球关节的空间二连杆式球杆仪

发布时间：2020-08-02 14:01

【摘要】：球杆仪是一种广泛应用的数控机床误差检测装置,具有结构简单、操作方便、检测高效等特点,在实际工程应用中发挥着重要的作用。不过由于机械结构的约束,球杆仪的工作范围取决于测量杆长度值(即球杆仪工作时测量圆的半径)。通常的球杆仪配备有几个增长杆,以扩展其测量圆半径值,但增长杆的使用并不能使球杆仪的工作范围连续(即测量圆的半径只有几个固定的值),被测空间内存在许多无法测量的点。如果能设计出一种新型球杆仪,使其可以连续检测数控机床在加工范围的所有空间位置的几何精度,将有利于扩展机床几何精度检测的覆盖范围,具有重要的意义与广泛的应用前景。本文在浙江省自然科学基金重点项目“基于球面电容传感器的机器人精密球关节多维运动位移检测研究(No.LZ16E050001)”的经费资助下,以球杆仪为研究对象,基于精密球关节(又称球铰链),提出一种新型结构的球杆仪:基于精密球关节的空间二连杆式球杆仪(A novel double-ball bar with one spherical joint connecting two bars,简称J-DBB)。采用理论建模、数值仿真和实验研究相结合的方法,重点研究J-DBB的误差检测原理和用于数控机床误差检测的可行性。论文主要从以下几方面开展研究工作:(1)分析球杆仪的研究与应用背景,阐述开展基于精密球关节的新型空间二连杆式球球仪研究的重要意义,综述数控机床误差检测方法、球杆仪研究与应用等方面的国内外研究现状,提出论文研究的主要研究内容。(2)分析数控机床误差的产生原因,并对其进行分类;设计J-DBB的机械结构,对其测量坐标系进行设置,对其分辨率进行计算和讨论;分析J-DBB的机械结构模型,建立J-DBB误差检测的数学模型。(3)基于数学模型对J-DBB的误差检测结果进行数值仿真分析,验证J-DBB用于数控机床误差检测的可行性。(4)提出机械解耦位姿检测方案,搭建J-DBB机械解耦可行性验证实验系统和J-DBB误差检测原理可行性验证实验系统,研制J-DBB实验原型样机,开展实验研究,验证基于J-DBB的数控机床误差检测方法的可行性、数值仿真分析的正确性、以及J-DBB结构设计的有效性。
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH89
【图文】：

杭州电子科技大学硕士学位论文ry(LLNL)中制造和使用。目前，传统球杆仪的硬件方面，英巧，其分辨率可达到 0.1μm；而软件方面，则是日本京测原理源自数控机床的圆度及圆柱度测量方法[17-19]。后来定的数控机床定位精度测量方法标准，以及 1990 年该标床几何学精度测量方法”修订版中追加的关于“圆度和仪的配套分析软件的功能进一步得到完善，这使得传统球他误差检测方法，传统球杆仪的检测结果为圆弧轨迹曲能，而且几乎可以反映出数控机床所有的误差项，同时测 1.1 所示是传统球杆仪的机械结构图。

图 1.2 传统球杆仪工作状态实物图品面世之初，由于其检测原理是利用两轴联动进行圆弧何误差元素及控制系统的误差元素，因此很多学者将其Placid[22]等人提到应用传统球杆仪和光栅测量法对数控系对比检测结果后得出：相比于光栅测量法，传统球杆仪简捷。ng[23]等就如何利用传统球杆仪的检测原理分离立式三轴数了一系列的研究工作。研究结果表明用传统球杆仪可以轴间的位置误差和角度误差。在此之后，国内外学者们应用领域，发现对于复杂机构的空间定位精度检测，传据采集的简单快捷性得到了很好的发挥[24-31]。本京都大学首先开始了对传统球杆仪的软件系统进行深其中。例如 Yukio Takeda[32]提出了基于传统球杆仪检测构精度检测的路径优化理论；有学者提出常规精度检测仪精度的检测，但是如果将传统球杆仪配合激光干涉仪使

图 1.3 转动轴复合误差检测实验 1.4 所示，传统球杆仪在被安装在五轴机床后，整个加工空间形成一个闭链。通过对空间圆弧轨迹的设计，可以测出全部位置误差，进而评价该五精度，该结果被用来详细分析对加工精度影响最大的 6 个几何误差量的检。图 1.4 传统球杆仪特殊运行轨迹设计

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本文编号：2778609