基于matlab的数控机床在线测量技术

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1、２０１６年第５０卷Ｎｏ．４９１基于ＭＡＴＬＡＢ的数控机床在线测量技术１２２江晖，蔡飞飞，罗郁雯１２中国工程物理研究院总体工程研究所；中国工程物理研究院机械制造工艺研究所摘要：采用ＭＡＴＬＡＢ的图形用户界面（ＧＵＩ）编程技术设计开发ＰＣ机上数控机床在线测量程序，分别对试件的平面度、圆度、圆柱度、同轴度、平行度、对称度、位置度等进行在线测量，并与三坐标测量系统的测试数据进行对比，结果证明该套在线测量程序符合要求。关键词：ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ；形位公差；在线测量中图分类号：ＴＧ６５９；ＴＨ１６文献标志码：ＡＯｎｌｉｎｅＭｅａｓｕ

2、ｒｅｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＮＣＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌｓＢａｓｅｄｏｎＭＡＴＬＡＢＪｉａｎｇＨｕｉ，ＣａｉＦｅｉｆｅｉ，ＬｕｏＹｕｗｅｎＡｂｓｔｒａｃｔ：ＳｏｍｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｓｔｓｉｎＭＩＫＲＯＮＨＳＭ６００Ｕｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ａｎｄｏｎｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍｏｆＮＣｍａｎｃｈｉｎｅｔｏｏｌｓｂｙｕｓｉｎｇＭＡＴＬＡＢＧＵＩｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｎｗｅｕｓｅｄｏｎｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｍａｃ

3、ｈｉｎｅ，ｍｅａｓｕｒｅｄｔｈｅｅｒｒｏｒｓｏｆｆｌａｔｎｅｓｓ，ｒｏｕｎｄｎｅｓｓ，ｃｙｌｉｎｄｒｉｃｉｔｙ，ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ，ｐａｒａｌｌｅｌｉｓｍ，ｓｙｍｍｅｔｒｙ，ｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｓｏｏｎ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｍｅｅｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＡＴＬＡＢＧＵＩ；ｅｒｒｏｒ；ｏｎｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ００２ｍｍ，６０沉孔同轴度０．０５ｍｍ，宽１００ｍｍ两侧!引言边平行度０．０５ｍｍ，宽２０ｍｍ斜槽两侧边对称

4、度根据加工过程及测量过程是否在同一设备上进００５ｍｍ以及４处１０ｍｍ孔的位置度０．０５ｍｍ。行，测量方法一般可分为在线测量和离线测量两种方式。离线测量技术普遍应用于大批量生产中，加工过程及测量过程分别在不同的设备上进行，这种测量方法可能带来二次装卡的误差，容易对工件造成损害，如表面划伤、装夹造成变形等。在线测量是指加工过程与测量过程在同一设备上进行，工件只需一次装卡即可完成加工与测量，能有效降低测量成本，省时省力，可避免二次装夹误差，并且能尽早［１］发现废品。在小批量多品种生产条件下，研究在线测量技术具有重要意义。图

5、１在线测量试件"在线测量程序框架设计在线测量程序框架设计主要由四大模块组成：试验在ＭＩＫＲＯＮＨＳＭ６００Ｕ机床上进行，采用形位公差选项模块、读入数据模块、坐标系旋转模块ＭＡＴＬＡＢ的图形用户界面（ＧＵＩ）编程技术设计开发及生成与输出模块。在线测量程序，分别对试件的平面度、圆度、圆柱度、'主要算法设计同轴度、平行度、对称度、位置度等进行在线测量，并与三坐标测量系统的测试数据进行对比，结果证明'!平面度在线测量程序及算法符合要求。平面度公差带是距离为公差值Ｐ的两平行平如图１所示，工件材料为硬铝２Ａ１２，结构方面面之间的区

6、域。在空间直角坐标系中，一般平面方包含常用形位公差，分别为顶端端面平面度程为Ａｘ＋Ｂｙ＋Ｃｚ＝１，进一步简化为ｚ＝ａ０＋ａ１ｘ＋００５ｍｍ，５０ｍｍ孔圆度０．０１ｍｍ及圆柱度ａ２ｙ。科学而常用的计算方法是最小二乘法，即被测实际表面上的各点（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１，２，３，…，ｎ，ｎ为收稿日期：２０１５年１２月测量点数）到最小二乘平面的距离的平方和为最９２工具技术小。其目标函数为优化信息的结构。由于ｆｍｉｎｕｎｃ函数只能给出局部ｎ２最优解，为获得更精确的误差，需要恰当的初值。Ｆ（ａ０，ａ１，ａ２）＝∑（ｚｉ－珋ｚ）

7、ｉ＝１''圆柱度ｎ２圆柱度公差带是在半径为公差值ｆ的两同轴圆＝∑（ｚｉ－ａ０－ａ１ｘｉ－ａ２ｙｉ）＝ｍｉｎ（１）ｉ＝１柱面之间的区域。评定圆柱度误差时，需将实际圆要使目标函数达到最小值，由极值原理可得目柱面和理想圆柱面进行比较，为此建立一个空间直标函数对偏导为０，即满足角坐标系。假设以Ｚ轴方向为圆柱表面的长度方ＦＦＦ＝＝＝０（２）ａ０ａ１ａ２向，理想圆柱的轴线为Ｌ，其方向向量为（ｌ，ｍ，１），且且满足Ｌ过点Ａ（ａ，ｂ，０），则理想圆柱的轴线方程可表示为Ｆｎｘ－ａｙ－ｂｚ＝＝（６）＝∑２（ａ０＋ａ１ｘｉ＋

8、ａ２ｙｉ－ｚｉ）＝０ｌｍ１ａ０ｉ＝１ｎ则圆柱上任意测点Ｐｉ（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）（ｉ＝１，２，３，…，Ｆ＝∑２ｘｉ（ａ０＋ａ１ｘｉ＋ａ２ｙｉ－ｚｉ）＝０ｎ，ｎ为测量点数）到Ｌ的距离Ｄ可以表示为ａ１ｉ＝１（３）ｉｎ２２Ｆ＝２ｙ（ａ＋ａｘ＋ａｙ－ｚ）＝０Ｄｉ＝槡（ｘｉ－ｌｚｉ－ａ）＋（ｙｉ－ｍｚｉ－ｂ）＝