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数控机床热误差的反馈截断式补偿研究

作　者: 高玉平
导　师: 王永青
学　校: 大连理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 数控机床热误差反馈截断法实时补偿
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 223次
引　用: 2次
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内容摘要

数控机床在加工过程中,不可避免地受到摩擦热以及环境温度变化的影响,使得加工刀具的实际位置与加工程序指定的位置发生偏离,产生热变形误差,影响机床加工精度。热误差补偿是保证精密机床加工精度的关键技术之一。基于多元线性回归方法,推导了数控机床温度场的数学模型,为实时温度补偿系统的开发建立了理论基础。研究了一种数控机床热误差的反馈截断式补偿方法。根据温度传感器采集的温度数据,基于温度场-几何量关系模型,将由温度变化引起的热误差转化成相当的脉冲当量,插入到伺服系统的反馈环路,自动增加或减少位置反馈脉冲,以实现热误差补偿。设计了实时脉冲补偿电路,时滞小、成本低。研究了以数控机床反馈脉冲最小周期为约束的补偿脉冲宽度确定方法,不仅能够维持反馈脉冲的正交特征,而且可以保证补偿过程在位置反馈脉冲的1/4周期内完成。采用高集成度的MCU、单总线数字式温度传感器等新型部件,开发了反馈截断式热误差补偿系统。该系统可以直接嵌入原有数控机床的位置反馈脉冲回路中,无需改变CNC的硬件电路和控制软件,即可将原有数控机床升级具有热误差补偿功能,应用前景广阔。构建了补偿系统实验平台,对数控机床热误差的反馈截断式补偿方法进行了验证。结果表明,补偿效果达到设计要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 课题研究的背景和意义  9-10
  1.2 主要误差介绍  10-11
  1.3 数控机床误差补偿方法  11-13
  1.4 国内外误差补偿研究现状  13-16
  1.5 课题主要完成工作  16-17
2 热误差建模介绍  17-20
  2.1 温度传感器优化布置  17-18
  2.2 热误差建模方法  18-20
3 反馈截断式补偿原理  20-26
  3.1 脉冲编码器反馈原理  20-21
  3.2 补偿原理介绍  21-26
    3.2.1 反馈截断逻辑  22-23
    3.2.2 脉冲补偿原理  23-24
    3.2.3 补偿脉冲有效验证  24-26
4 核心部件选择  26-39
  4.1 微处理器PIC18F4550介绍  26-31
    4.1.1 新内核特性  26-27
    4.1.2 通用串行总线(USB)  27-28
    4.1.3 功耗管理模式  28-29
    4.1.4 10位模数转换器(A/D)模块  29-30
    4.1.5 目标系统开发方式  30-31
  4.2 辨向芯片HCTL-2020  31-32
  4.3 温度传感器DS18B20  32-39
    4.3.1 DS18B20介绍  32-34
    4.3.2 DS18B20芯片指令介绍  34-35
    4.3.3 DS18B20配置  35-37
    4.3.4 DS18B20使用注意事项  37-39
5 补偿功能实现  39-51
  5.1 补偿电路设计  39-41
    5.1.1 补偿实现电路  39
    5.1.2 补偿脉冲控制电路  39-41
  5.2 HCTL-2020工作脉冲输入  41-42
  5.3 补偿脉冲控制  42-45
    5.3.1 补偿时机控制  43
    5.3.2 补偿脉冲宽度确定  43-45
  5.4 温度测量实验  45-49
    5.4.1 硬件连接框图  45
    5.4.2 控制器对DS18B20操作流程  45-48
    5.4.3 测量温度  48-49
  5.5 单片机补偿程序  49-51
    5.5.1 单片机初始化程序  49-50
    5.5.2 补偿实现程序  50-51
6 实验验证  51-55
  6.1 正向运动补偿验证  51-52
  6.2 反向运动补偿验证  52-53
  6.3 运动控制验证  53-55
结论  55-56
参考文献  56-60
附录A 电路板原理图  60-61
附录B 调试电路  61-62
附录C 验证电路补偿效果  62-63
附录D 补偿电路照片  63-64
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  64-65
致谢  65-66

数控机床热误差的反馈截断式补偿研究

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