基于正交試驗的細(xì)長軸加工誤差補償研究.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)動機(jī)凸輪軸,衛(wèi)星展開天線的螺桿,液壓傳動系統(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,對加工誤差進(jìn)行補償,并通過試驗驗證該模型的補償效果,特別是做一系列正交試驗來探究該模型對誤差補償效果的影響程度和規(guī)律。這對提高細(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)價值。另外,本課題研究了一種新的誤差補償方法,可將其擴(kuò)展運用到其它精密零件的制造。
　　 首先,介紹了細(xì)長軸車削與誤差補償技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。針對細(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,對減小加工誤差有積極地作用,但是效果不理想。誤差補償研究則主要借助多體系統(tǒng)運動理論、模擬仿真等手段進(jìn)行對機(jī)床幾何誤差、熱誤差等單項誤差的補償,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,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償方法,決定對細(xì)長軸車削的加工誤差實行軟件補償,并通過修改NC程序來執(zhí)行補償。
　　 本文的重點研究內(nèi)容是:拋開復(fù)雜的加工誤差影響因素的分析與計算,針對細(xì)長軸車削加工,提出一種新型的綜合誤差補償方法。省略掉誤差的辨識與分離以及對各個誤差的單獨建模,將加工誤差的整體看作系統(tǒng)偏差,將整個制造系

5、統(tǒng)看作一個“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)式的各個參數(shù),并在此基礎(chǔ)上構(gòu)造閉環(huán)制造系統(tǒng)。
　　 設(shè)計正交試驗方案、對比試驗方案來驗證加工精度PID控制模型是否有效及該模型對誤差補償效果的影響程度、規(guī)律,研究如何優(yōu)選該模型中各個調(diào)節(jié)因子的取值。繼而在數(shù)控車床上實施試驗,對試驗數(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控制模型對細(xì)長軸車削加工誤差進(jìn)行補償,效果顯著,尺寸誤差減小了1-2個數(shù)量級,且震蕩收斂;該模型中,微分調(diào)節(jié)因子對誤差補償?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)因子對誤差補償?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償試驗,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償方法,有助于解決細(xì)長軸車削