大型深孔智能加工机床自动定心测控系统研究与设计

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长径比大于10的大型深盲孔的加工一直是一个待解决的高难技术问题,其难点主要在于如何保证深盲孔的圆柱度、轴线的直线度、倾斜度(垂直度)等。本文围绕长径比大于12 (D=650mm,L=8000mm)的深盲孔加工这一难题,针对现有大型深盲孔加工机床主轴定位均采用卡尺测量或打表方法,导致定心不准确影响深盲孔加工质量的问题,在企业已经开发的现有自动定心调整机构即“基于四轴十字调心与球面调倾”全自动定心调整机构的基础上,提出了一种准确的大型深孔内腔智能检测方法,并开发了其测控软件。该全自动定心调整机构及开发的软件系统主要有两大功能:一、可对深盲孔的内腔表面的原始表面数据进行精确的测量和提取;二、在加工前主轴安装阶段可进行精确的自动定心调整。具体地,本文的主要工作及学术贡献如下:1.测控系统需求分析。从大型深孔内腔的加工工况出发,分析现有的大型深孔加工机床主轴定心技术不足,依据现有光机电在线测控技术,提出研发大型深孔加工机床主轴自动定心测控系统,并对系统进行了整体设计和需求分析。2.建立数学模型。根据大型深孔内腔曲面检测需求,分析不同采样策略的优劣,确定采用多截面采样策略。依据圆轮廓和圆柱轮廓的测量模型,根据深孔内腔轴线空间位置的算法,确定节点空间位置偏差量。根据节点调整原理,在现有的调整机构基础上设计出四轴十字调心方法,并运用球面调心与十字调整方式的结合,设计出主轴自动定心调整方法。3. 自动定心测控软件的开发。分析了测量传感器串口数据输出格式,设计了传感器串口数据接收单元。根据自动定心技术需求,对初始调整模块、数据采集模块、定心调整模块、报表生成模块进行分析和软件开发。4.仿真及验证。在虚拟测控技术基础上,运用开发自动定心测控软件对长达8000mm的大型深孔智能加工机床主轴进行了定心调整仿真实验,结果表明经过少许迭代调整即可使实现精确调整。并通过对大型深孔智能加工机床安装标定,进行现场测控实验,实验结果表明该自动定心技术能够准确实现主轴定心调整,其调心精度为0.01 mm/1000mm,倾斜度调整精度为0.0006。/1000mm。该自动定心测控为大型深盲孔加工技术实现提供实验及理论依据,对提高大型深盲孔加工质量具有重要现实意义。
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