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（五轴）数控机床旋转工作台的旋转精度检测仪的研制

作　者: 姚宝聚
导　师: 金世龙
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 光学工程
关键词: 数控机床 旋转精度检测 俯仰轴 激光陀螺 比例因子
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


数控机床旋转工作台旋转精度的检测是机械加工行业的关键环节,只有保证数控机床的定位精度,其加工精度才能得到保证。不同的运动轴需要不同的检测手段,目前机床直线轴与回转轴的定位精度有较好的检测手段,而对俯仰轴的检测困难较大,没有合适的检测设备。论文旨在寻找一种能够精确检测回转轴与俯仰轴旋转精度的仪器,以填补俯仰轴精度检测领域的空白。首先,介绍了各种光学方法测量角度的基本原理,分析各种方法的优点与存在的不足;并介绍了几种数控机床五维信息同时测量的方法,从实际应用角度与测量精度出发,考虑其方法是否实用。经过分析比较,发现各种方法在检测俯仰轴方面都存在无法克服的困难,根据激光陀螺在检测角度方面具有的一系列优点,提出了用激光陀螺检测数控机床旋转精度的方法。其次,根据激光陀螺的工作原理及其特性,决定将其用于数控机床旋转工作台的旋转精度检测,从各种类型激光陀螺中最终选择了二频机抖陀螺仪,明确检测精度目标为1角秒,围绕此目标进行了相应的研究,首先理论分析了各误差因素对检测精度的影响从而对相关参数提出了相应的精度要求,随后对相应的问题进行了实验研究并最终得以解决。设计制作了以陀螺仪为主体的旋转精度检测仪,实现了回转轴与俯仰轴的旋转精度检测。研究了地球自转及陀螺零漂对检测的影响。实现了以设定输出脉冲比较范围确定转台是否旋转这种既简便又能满足目标精度的计数方法,并取得很好的实际效果。针对激光陀螺所必需的现场标定问题,提出并实现了比例因子的在线测量方法。编写了基于Labview的检测程序,实现了去除输出脉冲中地球自转与零偏的影响、比例因子在线测量、旋转角度检测等检测仪对机床旋转工作台转角精度进行检测的所有功能。最后,先后使用XJ367与D674陀螺仪为主体的检测仪对数控机床回转轴和俯仰轴进行实际检测,由于XJ367检测仪自身的稳定性与精度原因,其检测精度未能达到1角秒。使用精度与稳定性均高于XJ367陀螺仪的D674检测仪的检测结果重复性好,可靠性高,检测精度优于1角秒。与雷尼绍ML10激光干涉系统的检测结果比较,各测量点最大偏差为0.78角秒,验证了检测仪的检测精度优于1角秒。

全文目录


摘要  9-10
Abstract  10-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 课题研究背景和意义  12-13
  1.2 数控机床精度检测国内外研究情况  13-15
  1.3 课题研究工作的主要内容  15-16
第二章 角度测量与机床检测方法简介  16-27
  2.1 角度测量的光学方法简介  16-19
    2.1.1 圆光栅测角法  16-17
    2.1.2 激光干涉测角法  17-19
  2.2 五维信息同时测量的几种方法简介  19-26
    2.2.1 基于衍射光栅测量  20-21
    2.2.2 基于双光束基准测量  21-22
    2.2.3 基于三光束基准测量  22-23
    2.2.4 基于全反射原理测量  23-24
    2.2.5 基于球杆仪的五维信息同时测量系统  24-25
    2.2.6 使用测头的检测方法  25-26
  2.3 本章小结  26-27
第三章 激光陀螺检测旋转角度的原理与步骤  27-42
  3.1 激光陀螺测角的基本原理  27-28
  3.2 激光陀螺的发展与应用  28
  3.3 激光陀螺的选用  28-31
    3.3.1 激光陀螺的闭锁效应与偏频方案  28-29
    3.3.2 各种类型的激光陀螺  29-30
    3.3.3 选定作为旋转精度检测仪的激光陀螺  30-31
  3.4 激光陀螺检测旋转角度误差估算  31-33
    3.4.1 脉冲值N的测量误差对检测精度的影响  31-32
    3.4.2 比例因子K的测量误差对精度的影响  32-33
    3.4.3 陀螺仪存在安装误差时对精度的影响  33
  3.5 数控机床旋转工作台的旋转精度检测装置介绍  33-35
  3.6 旋转精度检测的方法与步骤  35-41
  3.7 本章小结  41-42
第四章 使用检测仪检测旋转精度的实验研究  42-57
  4.1 内装XJ367 陀螺仪的检测仪检测结果与分析  42-46
    4.1.1 比例因子测试结果  42-43
    4.1.2 静态输出均值测试结果  43-44
    4.1.3 回转轴旋转精度检测结果  44-45
    4.1.4 俯仰轴旋转精度检测结果  45-46
  4.2 旋转精度检测仪与雷尼绍激光干涉系统检测结果的比较  46-49
  4.3 D674 陀螺仪测角结果与分析  49-56
    4.3.1 比例因子测试结果  50
    4.3.2 回转轴旋转精度检测结果  50-54
    4.3.3 俯仰轴旋转精度检测结果  54-56
  4.4 本章小结  56-57
第五章 结论与展望  57-59
  5.1 论文的工作总结  57-58
  5.2 论文的后续工作  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
作者在学期间取得的学术成果  63

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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