基于正交试验的细长轴加工误差补偿研究

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1、跬西料技大学论文题目：基于正交试验的细长轴加工误差补偿研究申请学位学科：工学所学学科专业：材料加工工程培养单位：机电工程学院硕士生：李雯雯导师：卢军教授2010年5月INVESTIGArTIoNoNPRoCESSINGERRoRCoMPENSATIoNFoRSLENDERSHAFTBASEDoNoRTHoGoNALTESTAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementfor

2、theDegreeofMasterof星塾gi壁￡曼!=i丛gBy．L．．．．．i．．．．W．．．．．．e．．．．n．．．．w．．．．．e．．．．n．．ThesisSupervisor：ProfessorLnJunlaeslsrotessornJUnMay,2010于正交试验的细长轴加工误差补偿研究摘要一类特殊的车削加工零件。一方面，细长轴的应用广泛、需求的光杠、丝杠，发动机凸轮轴，卫星展开天线的螺杆，液压传塞杆等起到关键作用的元件。另一方面，由于细长轴长径比较，在车削过程中，容易产生弯曲变形、受力变形、受热变

3、形、精确加工的因素，导致细长轴加工精度低，误差增大。所以，把细长轴归为虽具有重要作用，却是典型的复杂、难加工类零件。即使选用了合理的工艺参数、切削用量，也很难达到细长轴的精度要求。如今，伴随着航天航空工业的发展，对零件加工精度的要求越来越高，寻找解决细长轴车削加工难题的突破口，减小加工误差，就显得尤为重要。本文旨在不提高数控车床现有制造精度的基础上，建立一种新型的加工精度PID控制模型，对加工误差进行补偿，并通过试验验证该模型的补偿效果，特别是做一系列正交试验来探究该模型对误差补偿效果的影响程度和规律。这对提高

4、细长轴加工精度、减小误差，保证产品质量、提高生产率、降低生产成本，实现传统车床改造等方面具有良好的应用前景和巨大的经济价值。另外，本课题研究了一种新的误差补偿方法，可将其扩展运用到其它精密零件的制造。首先，介绍了细长轴车削与误差补偿技术的国内外研究现状。针对细长轴车削，研究内容主要集中在定性的加工工艺领域，对减小加工误差有积极地作用，但是效果不理想。误差补偿研究则主要借助多体系统运动理论、模拟仿真等手段进行对机床几何误差、热误差等单项误差的补偿，虽然取得了显著的成果，但仍缺乏综合性、通用性，简便性。其次，分析细

5、长轴车削的难点，介绍误差的来源、分类，明确车削中存在几何误差、受力变形误差、热误差等多种误差。比较各种类型的误差补偿方法，决定对细长轴车削的加工误差实行软件补偿，并通过修改NC程序来执行补偿。本文的重点研究内容是：抛开复杂的加工误差影响因素的分析与计算，针对细长轴车削加工，提出一种新型的综合误差补偿方法。省略掉误差的辨识与分离以及对各个误差的单独建模，将加工误差的整体看作系统偏差，将整个制造系统看作一个“黑盒子”。依据PID调节原理，直接将测得的细长轴工件的加工误差的比例量、积分量和微分量通过线性组合构成加工误

6、差补偿量，构建加工精度PID控制模型，定义该模型表达式的各个参数，并在此基础上构造闭环制造系统。设计正交试验方案、对比试验方案来验证加工精度PID控制模型是否有效及该模型对误差补偿效果的影响程度、规律，研究如何优选该模型中各个调节因子的取值。继而在数控车床上实施试验，对试验数据进行极差分析、方差分析，得到相应的结论：应用加工精度PID控制模型对细长轴车削加工误差进行补偿，效果显著，尺寸误差减小了i-2个数量级，且震荡收敛；该模型中，微分调节因子对误差补偿的影响程度最显著，积分调节因子的影响程度次之，比例调节因子

7、对误差补偿的影响最小；微分调节因子、积分调节因子取值宜小，比例调节因子的值可适当的取大；本次细长轴车削加工误差补偿试验，最优的因素水平组合是A3BICI。本文研究了一种新型的综合误差补偿方法，有助于解决细长轴车削加工难题，有较高的研究和应用价值。关键词：误差补偿，细长轴，PID控制模型，正交试验IIINVESTIGATIoNoNPROCESSINGERRoRCOMPENSATIoNFoRSLENDERSHAFTBASEDoNoRTHoGoM睑LTESTABSTRACTSlendershaftisaspecial

8、turningpart．Ononehand，slendershaftisusedwidelyanddemandedhi曲ly．Itcanplayanimportantroleinsomecases，suchasmachinebars，camshaftofengine，screwofsatelliteantenna，pistonshaftinhydraulicdrivingsystem，