录磁机加工误差机理分析、建模及补偿研究

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本课题是在“国家科技重大专项(No.2015ZX04005001)”、“国家重大科研仪器研制项目(No.51527806)”、“上海市产学研项目(沪CXY-2013-29)”等项目的大力支持下,以上海平信机电制造有限公司的九米直线式磁栅录磁机为主要研究对象,对录磁机的加工机理、机床热变形、机床定位误差等方面进行了误差分析、测量、建模及误差补偿等研究工作。  磁栅尺作为工业领域中的常用位移测量工具,以其成本低、抗污性能强、精度高、行程广等优势,广泛应用于数控机床以及工业测量领域中。录磁机作为磁栅尺的加工机床,其定位精度的高低很大程度上决定了磁栅尺测量结果的准确与否。分析研究录磁机的误差机理并进行误差补偿以大幅度提高其录磁精度,具有重要的实用价值和明显的经济作用。  本文所研究的主要内容包括以下几个方面:  (1)根据录磁机的床身结构、工作原理以及磁栅尺的刻录方法,分析了录磁机的误差形成机理,讨论了不同的误差因素对磁栅尺最终精度的具体影响,并运用齐次坐标变换理论建立了录磁机的综合误差模型,为录磁机的优化补偿奠定了理论基础。  (2)在分析录磁机录磁过程中发热来源及传热特性的基础上,利用有限元软件模拟了录磁机的温度场以及变形场,结合模型预测结果及生产实际情况,初步分析了对录磁机热变形影响较大的热关键点,为录磁机的定位误差及温升变化实地测量奠定基础。  (3)根据定位误差数据点分布规律及其对应的温度变化情况,几何误差采用基于压紧样条条件下的三次样条插值算法,热误差基于最小二乘拟合的建模思路,建立了几何与热复合定位误差模型,并在一台车床上进行了初步验证后,再根据录磁机的温升特征,运用该模型对录磁机的定位误差进行了分析与预测。  (4)以建立的录磁机误差模型为基础,进行了录磁机的误差补偿实验研究。通过将误差模型得到的理论值,输入录磁机的控制系统中,使交流伺服电机输出等大、反向的误差补偿值,验证所建误差模型的正确性及其建模效果,同时实现录磁机的定位误差补偿,以大幅度提高录磁机的录磁精度和磁栅尺的定位精度。
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