数控铣齿机的热结构优化与定位误差补偿

发布时间：2017-07-26 19:20

  本文关键词：数控铣齿机的热结构优化与定位误差补偿

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【摘要】：本课题在上海市经济和信息化委员会产学研合作计划重点项目《高端数控机床精密化技术示范平台及技术应用产业化》的支持下,以上海平信机电制造有限公司的YKHS2210A型数控铣齿机为研究对象,对其误差产生机理、主轴部件热结构优化、定位误差与分度误差建模以及误差补偿等方面进行研究。本课题所研究的主要内容包括了以下四个方面:(1)根据该数控铣齿机的加工原理和运动过程,利用齐次坐标变换理论建立了数控铣齿机的综合误差模型。通过对综合误差模型的计算结果进行研究,详细分析了数控铣齿机定位误差以及分度误差等误差对数控铣齿机和弧齿锥齿轮加工精度的影响,为数控铣齿机的结构优化和误差补偿提供了理论基础。(2)通过分析该数控铣齿机在加工过程中的热源及其发热量,利用有限元模型仿真了铣齿机的温度场和变形场,指导了该数控铣齿机刀具主轴部件的结构优化设计,达到了减小铣齿机热变形,预防其热误差的目的。(3)该数控铣齿机进给部件和工件主轴部件产生的误差对弧齿锥齿轮加工精度都有非常大的影响,针对铣齿机的定位误差和分度误差分别采取了不同的误差建模策略用来预测机床误差。对于定位误差,建立了基于最小二乘法分段直线拟合的误差补偿模型,从而实现了对机床定位误差的精确预测;对于分度误差,根据转角误差的特点和变化规律,利用最小二乘三角逼近原理对其进行了误差建模,从而实现了对机床分度误差的精确拟合。(4)针对KND K1000M4II型数控系统进行了误差补偿技术研究,并开发了对应的转动定位误差补偿功能模块,实现了对该数控机床分度误差补偿。通过对铣齿机定位误差和分度误差的测量、补偿以及加工试验,对比误差补偿前后机床精度以及齿轮的齿间距误差和齿距累积误差,验证了误差补偿实施效果。
【关键词】：数控铣齿机 误差机理分析 结构优化 误差建模 误差补偿
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题背景9
• 1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.3 铣齿机的国内外现状10-13
• 1.3.1 弧齿锥齿轮概述10-11
• 1.3.2 铣齿机发展状况11-13
• 1.4 误差补偿研究的国内外现状13-17
• 1.4.1 误差机理研究的现状13-15
• 1.4.2 机床误差测量、建模和补偿技术研究现状15-17
• 1.5 学位论文主要内容17-19
• 第二章 铣齿机误差机理分析19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 铣齿机加工原理19-21
• 2.3 铣齿机综合误差模型21-25
• 2.4 位置误差和方向误差对铣齿加工精度影响25-28
• 2.4.1 旋转轴A转动误差对加工精度影响25-26
• 2.4.2 移动轴X、Y定位误差对加工精度的影响26-27
• 2.4.3 移动轴Z定位误差对加工精度的影响27-28
• 2.4.4 主轴热误差对加工精度的影响28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 铣齿机热结构分析及主要部件的结构优化30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 铣齿机热源分析30-31
• 3.3 铣齿机边界条件计算31-37
• 3.3.1 数控铣齿机参数31-32
• 3.3.2 滚动轴承发热量计算32-34
• 3.3.3 直线导轨发热量计算34
• 3.3.4 丝杠发热量计算34-35
• 3.3.5 对流换热系数计算35-37
• 3.4 铣齿机温度场和变形场分析37-41
• 3.4.1 铣齿机模型简化37-39
• 3.4.2 铣齿机温度场和变形场分析39-41
• 3.5 铣齿机关键部件结构优化41-46
• 3.6 本章小结46-47
• 第四章 铣齿机定位精度和分度精度研究47-61
• 4.1 引言47
• 4.2 铣齿机定位精度分析47-55
• 4.2.1 丝杠热变形理论47-49
• 4.2.2 最小二乘法分段直线拟合49-51
• 4.2.3 定位误差补偿模型51-55
• 4.3 铣齿机分度精度分析55-60
• 4.3.1 蜗轮蜗杆传动机构55-56
• 4.3.2 分度误差补偿模型56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 铣齿机误差补偿试验61-76
• 5.1 引言61
• 5.2 转动误差补偿功能研制61-65
• 5.3 误差补偿试验65-75
• 5.3.1 误差测量技术65-67
• 5.3.2 误差补偿实施67-72
• 5.3.3 齿轮加工误差检测72-75
• 5.4 本章小结75-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 6.1 主要结论76-77
• 6.2 主要创新点77
• 6.3 展望77-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间的学术成果84-86

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本文编号：577946