R-test五轴数控机床旋转轴误差测量系统设计

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1、国内图书分类号：TH124密级：公开国际图书分类号：621西南交通大学硕士研究生学位论文R-test五轴数控机床旋转轴误差测量系统设计年级2015姓名刘健申请学位级别工程硕士专业机械工程指导老师阎开印教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TH124U.D.C:621SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisTHEDESIGNOFROTATIONAXISERRORMEASUREMENTSYSTEMFORR-TESTOFFIVE-AXISCNCMACHINETOOLGrade:2015

2、Candidate:LiuJianAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MechanicalEngineeringSupervisor:Prof.YanKaiyinMay.2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要随着科学技术的进步，现代制造行业对具有复杂几何形状以及高精度的机械零部件的需求日益增多，五轴数控机床的应用也得到更好的普及。但是五轴数控机床的优点决定了其机床结构和控制系统会更复杂，因此机床加工精度的再提高会比较困难。五轴数控机床直线轴误差的测量及补偿技

3、术已经非常成熟，但旋转轴由于结构复杂而难以测量，且旋转轴由于角定位误差的放大作用使旋转轴几何误差对加工的影响更大于直线轴。所以本文结合R-test测量仪对五轴数控机床精度影响较大的旋转轴的误差测量方法进行研究。本文分析了R-test测量仪的技术现状，针对国外已有较为成熟的R-test测量仪产品而国内R-test测量仪发展较为缓慢这一情况提出了一种基于电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪的测量方法，主要工作内容如下：(1)分析了接触式与非接触式R-test测量仪的结构，根据这两种测量仪采用的传感器的不同对两种测量仪进行了优缺点分析。同

4、时针对采用某类特定结构的传感器的R-test测量仪进行了结构参数优化分析，该方法考虑了测量仪最大测量空间以及最大测量灵敏度两个性能指标，通过该指标优化传感器安装仰角的最佳值。(2)提出了一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪的球心坐标计算方法，再根据测量仪加工误差对计算精度的影响提出了一种改进的球心坐标计算方法，并利用遗传算法求解保证了计算结果的精确性。同时根据实际测量时测量仪自身测量坐标系与机床坐标系可能不平行的问题提出了测量坐标系与机床坐标系的坐标转换算法，通过该转换算法与改进的球心坐标方法结合遗传算法求解可以精确的得到机

5、床开启RTCP功能时主轴刀尖点的空间位置误差。(3)针对垂直于传感器敏感方向的位移对测量结果的影响问题分析了电涡流传感器测球面时传感器的选型方法。同时提出了电涡流传感器测球体时的测量特性标定方法，该方法通过对传感器进行实际测量工况实验，获取一定密度的传感器测量过程的数据组，通过数据拟合的方法得到传感器实际测量工况下的传感器测量特性方程。(4)针对R-test测量仪底座及结构件在加工过程中存在的加工及装配误差会对测量仪的测量精度造成影响这一问题，本文提出了一种R-test测量仪传感器测量端面标定方法，通过测量仪测量平面的标定及测量仪标定下的测

6、量仪球心坐标计算方法，能在保证测量仪测量精度的同时降低测量仪的制造及装配要求。该标定方法与球心坐标计算方法一样，采用了遗传算法求解来保证计算过程的精确性。(5)基于本文的研究内容选择合适的传感器，设计开发了非接触式R-test测量仪软硬件系统，并通过试验验证了本文理论的可行性。关键词：五轴数控机床；旋转轴；误差测量；非接触式；R-test西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWiththetechnologicalprogress,thedemandformechanicalcomponentswithcomplexgeom

7、etricshapesandhighaccuracyinthemodernmanufacturingindustryisincreasing,andtheapplicationoffive-axisCNCmachinetoolshasalsobecomeevenmorepopular.However,theadvantagesoffive-axisCNCmachinetoolsdeterminethattheirmachinestructureandcontrolsystemswillbemorecomplex.Thereforeitwil

8、lbedifficulttoimprovethemachiningaccuracyofthosemachinetools.Themeasurementandcompensatio