摘 要

追求更高的精度是当代机械加工设备发展的重要趋势，随着被加工件精度要求的不断提高，对组成高精密加工设备的零件的要求精度也越来越高。直线导轨作为支撑和直线导向运动的重要零件，很容易随着温度的变化和复杂的受力情况发生弯曲或者扭曲形变。因此需要对产生形变的直线导轨进行精密矫直来减小变形导轨的挠度，使之满足使用条件。

误差补偿是一种十分经济有效的提高精度的方法，本文讨论了高精度数控矫直机机床误差来源，通过实验法测定机床空间几何误差，检测传感器测量误差。主要工作包括：

1. 通过查阅国内外相关文献具体分析总结了数控矫直机及误差检测与补偿的国内外研究现状。

2.对机床的误差来源从不同的角度进行了分析，在此基础上针对矫直机的加工特点对数控矫直机的误差来源进行分析。

3.使用实验法对数控矫直机的空间几何误差进行检测，对比电机返回的脉冲值和理论计算得到的脉冲值来得到数控矫直机空间几何误差，提出补偿方案。

4.在直线导轨矫直的过程中同时进行在位挠度检测和在线应变检测，处理检测到的应变数据得到挠度，检测数控矫直机传感器误差。

5.设计数控矫直机空间几何误差补偿验证实验。插入补偿软件后重复进行空间几何误差检测实验，对比机返回的实际脉冲值和理论脉冲值验证补偿方案。

关键词： 直线导轨；数控矫直机；误差补偿；几何误差

Abstract

High precision and high precision is an important trend in the development of modern machinery and processing equipment ,With precision machined parts are required to continuously improve ,The composition of high-precision machining equipment parts are increasingly high requirements for precision.as the support of important parts of linear guide movement ,Linear guides is easily bending or twisting deformation due to temperature changes and the complexity of the forces .So the need for deformed linear guide precision straightening to reduce the deformation of the rail deflection ,So as to meet the conditions of using.

Error compensation method is a very cost-effective way to improve the accuracy .This article discusses the high-precision CNC machine tools straightening sources of error, Determination of the machine space geometric error and sensor error by experiment. The main work includes:

1. After a review of relevant literature specific analyzes and summarizes the research status of NC leveler and error detection and compensation.
2. Machine error sources were analyzed from different angles, on the basis of numerical error sources were analyzed for the leveler leveler processing characteristics.
3. Use of the space experiment NC leveler geometric error is detected, the pulse value of the pulse value and theoretical calculation of return obtained by comparing the motor to get the NC leveler space geometric error, proposed compensation scheme.
4. In straight and guides the straightening process in place at the same time and on-line detection of deflection strain detection, processing the detected strain data obtained deflection, NC leveler sensor error detection.
5. Geometric design CNC straightening machine error compensation verification experiment. After repeated insertion space geometric error compensation software detection experiments, comparing unit returns actual pulse pulse value and theoretical verification compensation scheme.

Key Words： Linear guide; NC leveler; Error compensation; Geometric error

目录

摘 要 I

Abstract II

目录 I

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 数控矫直机国内外研究现状 2

1.3.2 误差补偿国内外研究现状 4

1.4 课题主要研究工作和方案 6

1.5 本章小结 6

第2章 数控矫直机误差分析 7

2.1 数控矫直机简介 7

2.2 数控机床误差 9

2.3.1 误差来源分类 9

2.3.1 误差动静特性分类 9

2.3控矫直机误差分析 10

2.4 本章小结 11

第3章 数控矫直机空间几何误差分析 12

3.1 机床空间几何误差分类 12

3.2 机床几何误差检测方法 12

3.3 数控矫直机空间几何误差分析实验 13

3.3.1 实验方案和步骤 13

3.3.2 实验数据 15

3.3.3 实验数据分析 15

3.4 数控矫直机空间几何误差补偿方案 16

3.5 本章小结 16

第4章 数控矫直机传感器测量误差分析 17

4.1 系统总体设计方案 17

4.2 直线位移传感器 17

4.2.1直线位移传感器简介 17

4.2.2 直线位移传感器误差 18

4.3 无线应变传感器网络 18

4.3.1 无限应变传感器网络简介 19

4.3.2 应变检测补偿挠度检测 20

4.4 本章小结 21

第5章 误差补偿验证实验 22

5.1 实验目的 22

5.2 实验方案和步骤 23

5.2.1实验方案 23

5.2.2 实验步骤 23

5.3 实验结果分析 24

5.3 本章小结 25

第6章 总结与展望 25

6.1 总结 25

6.2 展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着科技不断发展，在零件加工的过程中，越来越高的精度要求和无法满足生产精度的机械生产加工设备之间的矛盾越来越突出。高精度、高质量的基础零部件是当代机械制造设备的重要物质基础。而直线导轨则是机械基础件实用非常广泛的中重要基础零部件。

图1.1 直线导轨

直线导轨是一种通用的功能部件，广泛应用于各种数控加工设备之中,由于导轨的性能和工作特性，其使用损耗很小，保证了机床的工作精度。直线导轨对直线度有很高的要求，其精度直接影响到机械制造设备加工成品的精度和质量。但是直线导轨毛坯在加工过程中要经历轧制、锻造、挤压、运输、冷却等各种加工工序^[1]，相对比较复杂,矫直加工的质量直接影响直线导轨的精密度和直线度等质量参数。

加工精度较高的直线导轨成品，受到外界环境温度的变化以及复杂的内应力和外力等因素的影响，有可能发生弯曲或者扭曲变形。为了保证金属条材产品的质量，提升产品精度，必须经过矫直加工工艺来保证其直线度。实际生产加工过程中，各种材料本身的力学性能不同，各种不同加工件不同的要求，对矫直的要求也不相同。一般工业上常见的矫直方法主要有：压力矫直法、平行辊矫直法、斜辊矫直法、拉伸矫直法等一系列的矫直方法。而对应的自动矫直设备有：压力矫直机、辊式矫直机、拉弯矫直机、拉伸矫直机等^[2]。

1.2 研究目的及意义