基于正交試驗(yàn)的細(xì)長軸加工誤差補(bǔ)償研究.pdf

1、細(xì)長軸是一類特殊的車削加工零件。一方面,細(xì)長軸的應(yīng)用廣泛、需求量大,如機(jī)床的光杠、絲杠,發(fā)動(dòng)機(jī)凸輪軸,衛(wèi)星展開天線的螺桿,液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的活塞桿等起到關(guān)鍵作用的元件。另一方面,由于細(xì)長軸長徑比較大,剛度極差,在車削過程中,容易產(chǎn)生彎曲變形、受力變形、受熱變形、振動(dòng)等不利于精確加工的因素,導(dǎo)致細(xì)長軸加工精度低,誤差增大。所以,把細(xì)長軸歸為雖具有重要作用,卻是典型的復(fù)雜、難加工類零件。即使選用了合理的工藝參數(shù)、切削用量,也很難達(dá)到細(xì)長軸的精

2、度要求。如今,伴隨著航天航空工業(yè)的發(fā)展,對(duì)零件加工精度的要求越來越高,尋找解決細(xì)長軸車削加工難題的突破口,減小加工誤差,就顯得尤為重要。
　　 本文旨在不提高數(shù)控車床現(xiàn)有制造精度的基礎(chǔ)上,建立一種新型的加工精度PID控制模型,對(duì)加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償,并通過試驗(yàn)驗(yàn)證該模型的補(bǔ)償效果,特別是做一系列正交試驗(yàn)來探究該模型對(duì)誤差補(bǔ)償效果的影響程度和規(guī)律。這對(duì)提高細(xì)長軸加工精度、減小誤差,保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低生產(chǎn)成本,實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)車床改

3、造等方面具有良好的應(yīng)用前景和巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。另外,本課題研究了一種新的誤差補(bǔ)償方法,可將其擴(kuò)展運(yùn)用到其它精密零件的制造。
　　 首先,介紹了細(xì)長軸車削與誤差補(bǔ)償技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。針對(duì)細(xì)長軸車削,研究內(nèi)容主要集中在定性的加工工藝領(lǐng)域,對(duì)減小加工誤差有積極地作用,但是效果不理想。誤差補(bǔ)償研究則主要借助多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)理論、模擬仿真等手段進(jìn)行對(duì)機(jī)床幾何誤差、熱誤差等單項(xiàng)誤差的補(bǔ)償,雖然取得了顯著的成果,但仍缺乏綜合性、通用性,簡便性。

4、
　　 其次,分析細(xì)長軸車削的難點(diǎn),介紹誤差的來源、分類,明確車削中存在幾何誤差、受力變形誤差、熱誤差等多種誤差。比較各種類型的誤差補(bǔ)償方法,決定對(duì)細(xì)長軸車削的加工誤差實(shí)行軟件補(bǔ)償,并通過修改NC程序來執(zhí)行補(bǔ)償。
　　 本文的重點(diǎn)研究內(nèi)容是:拋開復(fù)雜的加工誤差影響因素的分析與計(jì)算,針對(duì)細(xì)長軸車削加工,提出一種新型的綜合誤差補(bǔ)償方法。省略掉誤差的辨識(shí)與分離以及對(duì)各個(gè)誤差的單獨(dú)建模,將加工誤差的整體看作系統(tǒng)偏差,將整個(gè)制造系

5、統(tǒng)看作一個(gè)“黑盒子”。依據(jù)PID調(diào)節(jié)原理,直接將測得的細(xì)長軸工件的加工誤差的比例量、積分量和微分量通過線性組合構(gòu)成加工誤差補(bǔ)償量,構(gòu)建加工精度PID控制模型,定義該模型表達(dá)式的各個(gè)參數(shù),并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造閉環(huán)制造系統(tǒng)。
　　 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案、對(duì)比試驗(yàn)方案來驗(yàn)證加工精度PID控制模型是否有效及該模型對(duì)誤差補(bǔ)償效果的影響程度、規(guī)律,研究如何優(yōu)選該模型中各個(gè)調(diào)節(jié)因子的取值。繼而在數(shù)控車床上實(shí)施試驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析、方差分析,得

6、到相應(yīng)的結(jié)論:應(yīng)用加工精度PID控制模型對(duì)細(xì)長軸車削加工誤差進(jìn)行補(bǔ)償,效果顯著,尺寸誤差減小了1-2個(gè)數(shù)量級(jí),且震蕩收斂;該模型中,微分調(diào)節(jié)因子對(duì)誤差補(bǔ)償?shù)挠绊懗潭茸铒@著,積分調(diào)節(jié)因子的影響程度次之,比例調(diào)節(jié)因子對(duì)誤差補(bǔ)償?shù)挠绊懽钚?微分調(diào)節(jié)因子、積分調(diào)節(jié)因子取值宜小,比例調(diào)節(jié)因子的值可適當(dāng)?shù)娜〈?本次細(xì)長軸車削加工誤差補(bǔ)償試驗(yàn),最優(yōu)的因素水平組合是A3B1C1。
　　 本文研究了一種新型的綜合誤差補(bǔ)償方法,有助于解決細(xì)長軸車削