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数控加工精度在线检测技术研究与应用

唐文杰  
【摘要】: 数控加工在线检测技术是保障加工质量、提高加工效率的重要途径。在线检测系统可以实现在机床上对工件进行测量,避免了二次装夹问题,可保证加工精度、提高加工效率、降低加工费用,因此得到现代制造企业的重视和应用,具有重要的研究和应用价值。 本文根据大型结构件在线检测的具体工程应用,对在线检测系统相关的软硬件系统开展研究,提出了基于触发式测头的在线检测系统方案,构建了在线检测系统硬件平台,提出了上位机软件的架构。 本文研究了在线检测过程在上位机中的仿真技术,完成了基于OpenGL的在线检测仿真系统,实现了工件三维模型、测头及测量轨迹的实时仿真。研究了测量数据在数控系统中的存储方式以及数控系统与上位PC机的通讯机制,实现了西门子数控系统与上位PC机的实时数据交换。研究了对结构件在线检测结果中加工精度的评定方法,并对其软件实现进行了论述。 基于触发式测头的在线检测系统的难点是测量精度问题,本文主要研究采用误差补偿方法来提高测量精度。本文详细分析了系统误差构成,分别对主要误差源(机床误差和测头误差)的误差模型与补偿方法进行了研究。针对触发式测头的触发原理及工作特点,给出了测头综合误差的标定和补偿策略。对于机床几何误差,分析了机床几何误差的数值补偿模型,并提出了机床误差补偿方案。另外,本文提出了一种测量数据的整体误差消除技术,通过修正坐标偏差可进一步减小工件在测量过程中因测量坐标系建立不准确所造成的系统性误差。 论文通过Zimmermann公司生产的FZ37型龙门式五轴联动加工中心上完成了实验验证,通过标定实验获得了机床误差和测头误差的标定文件,对工件的原始测量数据经过上述文件数据的补偿后得到较为精确的数据,将数据进一步使用整体误差消除来提高精度,最后生成基于特征的测量评价结果。


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