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文档简介
第1章绪论到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致了20世纪80年代的第数方程表示几何误差,并在此基础上建立铣床误差的二次分析模型。在20世纪80年代中评估系统。在20世纪90年代早期,相关的学术专家和学者研究了铣床中的非刚性运动误取得了良好的效果。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条件下必须具有优异的动态性能,这一点是评估铣床的有效方法。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复合体的概念,该复合材料由各种形状组成,离,在实验中,六个铣床的几何误差通过试样分层方法来表征。虽然国内外研究人员对军用数控铣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铣床误差模型,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铣床运动的存在,基于耦合系数建立了任意结构类型铣床的几何误差模型。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,在该模型构建中,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,铣床制造商和大学研究机构,正在对多轴数控铣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铣床伺服系统的精度,提出了伺服系统运动过程中的精度测量指标,该指示器可用于测量加工误差,还可提出轮廓误差的校正控制。华中科技大学丁汉等人研究了数控铣床的切削过程,建立数控铣床的切削动力学模型,研究多轴铣床运动的动态特性,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铣床加工的五轴联动进行详细研究,以提高数控铣床几何误差的构造和校正。浙江大学柯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轴高速铣床的性能研究和误差动态检测奠定了理论基础。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CNC铣削过程中与动态模型相关的参数,还可以量化检测过程中的基本误差。数控铣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高加工精度。然而,在实践中,不能为每个误差变量建模研究影响CNC铣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重要原因。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,根据这些移动工具调整数控铣床的误差修正和动态特性正在进一步探索研究中,系统地分析运动误差以反映铣床的静态误差特性或CNC铣床的多轴联动状态的动态精度。另一方面,这对于记录铣床运动是有用的,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,这与铣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廓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计或计算通过对上述国内外数控铣床加工误差修正研究现状的分析,目前对数控铣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,如果铣床陷入复杂的误差并且不能准确地检测到对整个工件精度的影响,则铣床的使用范围会受到很大可以检测不适合实际生产的加工精度,但是不可能在有限的时间内准确和及时地分析检测。目前,关于数控铣床精度检测的唯一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铣床伺服系统的加工参数。但是,由于特殊的加工条件,铣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铣床的加工精度,由此改善产品质量,以防止在加工过程中的危险。目前,在CNC铣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合的检测系统,为了最小化加工工件检查时间对加工效率的影响,有必要考虑如何建立可靠的工件检查时间,建立一个高效的加工精度检测和分析系统。第2章数控铣床检测装置(1)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,适用于铣床工作环境。(4)成本低。旋转变压器测量或馈送导螺杆角度并间接测量工作台位移。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量为正(剩余)串。定子绕组与用于在转子绕组中产生感应电动势的激励电压相结合。从图2-1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,磁通儿乎完全通过转子绕组的横截面,使转子绕组产生的感应电动势最大化。如果两者是垂直的,则由转子绕组产生的感应电动势为零。感应电动势随转子偏转角(保持)而正向变化。“[=“[=Umsinot₂(1)鉴相式工作方式在该工作方式下,旋转变压器定子的两相绕组(正弦绕组s余弦绕组c分别加上幅值相同,频率相同,而相位相差90°的正弦交流电压,见图2-2。即图2-2两相绕组根据线性叠加原理,在转子上的工作绕组中的感应电压为其中-定子的正弦绕组的轴线与转子操作的绕组的轴线之间的角度;Q--每个频率的激励。从上式可以看出,旋转变压器的转子绕组中的感应电压e2与定子绕组中的激励电压处于相同的频率,但是相位不同并且相位严格地随转子偏转角度而变化。通过测量转子绕组输出电压的相位角,可以测量转子相对于定子的旋转位置。(2)操作模式检测在这种操作模式中,旋转变压器定子的两相绕组施加相同频率的交流电压,相同的相位和幅度分别随正弦和余弦变化。根据线性叠加原理,在转子上的工作绕组中的感应电压为:式中6定子正弦绕组轴线与转子工作绕组轴线之间的夹角;2.2.1线性感应同步器的结构成,一个正弦波绕组和一个余弦绕组。与固定长度绕组相比,它在空间中移动1/4节距(1/4p),定子和滑块的结构如图2-3图2-3定子和滑块结构图固定长度的底板和滑块由钢板制成,具有与铣床材料相同的热膨胀系数。通过精确的在1/2间距的1/2点处,感应电压的大小与点a相同并且极性相反。在3/4节距的点d处,滑尺的位置点点点感应电压应电压应电压 C(1)鉴相方式激励信号产生以频率o在空间中移动的行波。由于刻度和滑块的相对位置不同,磁场产生感应电压,该感应电压切断定子引导并产生超前或滞后的相位差θ。根据线性叠加原理,固定长度工作绕组中的感应电压为:其中-定子正弦绕组轴与转子工作绕组轴之间式中@励磁角频率。可以看出,θ和一个间间间的一对一对应可以通过测量的固定模量感应电压相位θ来测量量定的块滑的移位。数字确定机系统的相位测量系统,命令信号状相位角θ1推理装置被发送,并且数字解码机器状机构被控制。当前θ的总和。在电流固定长度的当前相位时,电流相位变化,相位变化和θ。在θ≠01时,这是机器工作台工作台。此时,相对位置是固定的并且要求长度。2.3光栅在高精度数控铣床中,光栅现在被广泛用作反馈检测元件。与上述旋转变压器和电感同步器不同,光栅不依赖于电磁原理,不需要激励电压,并且根据光学原理工作,不需要复杂的系统。有几种类型的网格。根据光是否被光栅透射或反射,它可以分为透射光栅和反射光栅。电子与透明光学玻璃板平行地雕刻,并且雕刻等距致密线,并且通过光透射形成晶格。后者通常用不透明的金属材料(例如不锈钢和铝板)雕刻平行的,等距的密集线,并使用光的全反射或漫反射来形成光栅。透射衍射光栅的分辨率高于反射衍射光栅的分辨率,并且其检测精度可以是1μm或更大。从几何角度来看,网格分为圆形和长网格。前者用于角度测量,后者用于线性位移检测。这两个工作原理基本相似。2.3.2网格结构和工作原理光栅由刻度光栅和光学读数头组成。刻度网格通常连接到机器的移动部分,例如工作台。光栅读数头安装在机器的固定部分上。指示器网格连接到光栅读数头。尺度和指示器网格的平行度以及它们之间的间隙(0.05-0.1mm)是严格保证的。当网格读数头相对于比例网格移动时,指示器网格相对于比例网格移动。光栅读数头,也称为光电转换器,将光栅纹波转换为电信号。图2-5显示了正常的事件读数头。读头包括光源,集中镜,指示器栅格,光敏元件和驱动电路。图2-5光栅工作原理图1—光源;2—透镜;3—标尺光栅;4—指示光栅;5—光电元件;6—驱动线路当指示光栅上的线纹和标尺光栅上的线纹呈一小角度θ放置时,造成两光栅尺上的线纹交叉。在光源的照射下,交叉点附近的小区域内黑线重叠形成明暗相间的条纹,这种条纹称为“莫尔条纹”。“莫尔条纹”与光栅的线纹几乎成垂直方向排列(见图2-6)。莫尔条纹的特点:(1)当用平行光束照射光栅时,莫尔条纹由亮带到暗带,再由暗带到光带的透过光的强度近似于正(余)弦函数。(2)起放大作用:用w表示莫尔条纹的宽度,p表示栅距,θ表示光栅线纹之间的夹角,则(4)莫尔条纹运动与节距之间的运动成比例。当干涉条纹移动1个间距时,莫尔条纹2.4脉冲编码器光电脉冲编码器由光源,透镜,光电板,光盘(格子板),光电元件和信号处理电路组成(图2-7)。光电板通过研磨和抛光由玻璃材料制成,在真空中将不透明的铬层镀在玻璃表面上,然后通过照相蚀刻形成向心透光缝隙。透光狭缝在圆周上均匀分开,数量在数百到数千的范围内。盘(光栅板)也由玻璃制成,抛光和抛光,具有两个用于透光的狭当圆形网格旋转时,光线穿过两个网格的线段,形成明亮和暗色条纹。编码器根据特定的编码格式(例如二进制编码)将盘分成几个相等的部分,并将表示测量的位移的等分试样转换成电信号,以便由电子,光电或电磁部件输出。图2-8显示了一个4位二进制代码盘,其中黑色区域是导电的,其余区域是绝缘的。每个代码通道都配有相应的刷子。当码盘与工作轴一起旋转时,获得二进制输出。码轮精度与代码通道有关。代码通道越多,代码轮的容量就越大。RE转题%%指定代码的数字信号输出。这显示为4位二进制代码盘,在刷子位置和输出0000处具有代码通道包装的数量是二进制位的数量,内部的高位和外部的低位。分辨率角度第3章常用典型检测装置及应用3.1旋转变压器(角位移检测器)旋转变压器是角度测量部件和小型AC电动机。其结构类似于两相绕组异步电动机控系统。它由定子和转子组成。定子绕组是变压器的初级侧,转子绕组是变压器的次级侧。激励电压连接到定子绕组,激励频率通常为400H,500H,1000H,3000H,5000H。结构简单,操作灵敏,对环境无特殊要求。维护方便,输出信号幅度大,抗干扰性强,3.2格子尺缩放位移传感器(称为栅格尺度)是通过晶格的光学原理工作的测量反馈装置。标测量和输出的信号是数字脉冲,具有宽检测范围,高检测精度和快速响应。例如,CNC3.3脉冲编码器(角位移检测元件)脉冲编码器是光学位置感测组件。编码器盘直接安装在旋转轴上,以测量轴的角位置和速度。输出信号是电脉冲。脉冲编码器是旋转脉冲发生器,可将机械角度转换为电脉冲。广泛用于数控铣床的3.4感应同步器当使用大于10的固定长度时,线圈的电阻和电感不会过度增加,并且刻度被分成几1)首先将选定的标尺连接到固定座椅,将滑块连接到可移动滑块,然后调整固定标3)使用距离测量系统(金属线秤和读数显微镜,量块和千分尺,激光干涉仪或标准4)重复步骤3)按顺序拧紧所有固定长度。第4章数控铣床的结构设计4.1数控铣床总体结构设计选取切削进给速度为10m/min,快速运动速度为20m/min。的床身材料,它具有铸铁所不具备的阻尼性能强、热容量大、热变形小等优点,同时还具备抗腐蚀性强、尺寸稳定性好等特点。由于高速机床在高速切削时会产生大量的切削热,为防止热变形,必须控制温度迅速散热,同时要求机床受到激振力时迅
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