【摘要】：球桿儀是一種廣泛應用的數控機床誤差檢測裝置,具有結構簡單、操作方便、檢測高效等特點,在實際工程應用中發(fā)揮著重要的作用。不過由于機械結構的約束,球桿儀的工作范圍取決于測量桿長度值(即球桿儀工作時測量圓的半徑)。通常的球桿儀配備有幾個增長桿,以擴展其測量圓半徑值,但增長桿的使用并不能使球桿儀的工作范圍連續(xù)(即測量圓的半徑只有幾個固定的值),被測空間內存在許多無法測量的點。如果能設計出一種新型球桿儀,使其可以連續(xù)檢測數控機床在加工范圍的所有空間位置的幾何精度,將有利于擴展機床幾何精度檢測的覆蓋范圍,具有重要的意義與廣泛的應用前景。本文在浙江省自然科學基金重點項目“基于球面電容傳感器的機器人精密球關節(jié)多維運動位移檢測研究(No.LZ16E050001)”的經費資助下,以球桿儀為研究對象,基于精密球關節(jié)(又稱球鉸鏈),提出一種新型結構的球桿儀:基于精密球關節(jié)的空間二連桿式球桿儀(A novel double-ball bar with one spherical joint connecting two bars,簡稱J-DBB)。采用理論建模、數值仿真和實驗研究相結合的方法,重點研究J-DBB的誤差檢測原理和用于數控機床誤差檢測的可行性。論文主要從以下幾方面開展研究工作:(1)分析球桿儀的研究與應用背景,闡述開展基于精密球關節(jié)的新型空間二連桿式球球儀研究的重要意義,綜述數控機床誤差檢測方法、球桿儀研究與應用等方面的國內外研究現狀,提出論文研究的主要研究內容。(2)分析數控機床誤差的產生原因,并對其進行分類;設計J-DBB的機械結構,對其測量坐標系進行設置,對其分辨率進行計算和討論;分析J-DBB的機械結構模型,建立J-DBB誤差檢測的數學模型。(3)基于數學模型對J-DBB的誤差檢測結果進行數值仿真分析,驗證J-DBB用于數控機床誤差檢測的可行性。(4)提出機械解耦位姿檢測方案,搭建J-DBB機械解耦可行性驗證實驗系統(tǒng)和J-DBB誤差檢測原理可行性驗證實驗系統(tǒng),研制J-DBB實驗原型樣機,開展實驗研究,驗證基于J-DBB的數控機床誤差檢測方法的可行性、數值仿真分析的正確性、以及J-DBB結構設計的有效性。
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TH89
【圖文】：

杭州電子科技大學碩士學位論文ry(LLNL)中制造和使用。目前，傳統(tǒng)球桿儀的硬件方面，英巧，其分辨率可達到 0.1μm；而軟件方面，則是日本京測原理源自數控機床的圓度及圓柱度測量方法[17-19]。后來定的數控機床定位精度測量方法標準，以及 1990 年該標床幾何學精度測量方法”修訂版中追加的關于“圓度和儀的配套分析軟件的功能進一步得到完善，這使得傳統(tǒng)球他誤差檢測方法，傳統(tǒng)球桿儀的檢測結果為圓弧軌跡曲能，而且?guī)缀蹩梢苑从吵鰯悼貦C床所有的誤差項，同時測 1.1 所示是傳統(tǒng)球桿儀的機械結構圖。

圖 1.2 傳統(tǒng)球桿儀工作狀態(tài)實物圖品面世之初，由于其檢測原理是利用兩軸聯動進行圓弧何誤差元素及控制系統(tǒng)的誤差元素，因此很多學者將其Placid[22]等人提到應用傳統(tǒng)球桿儀和光柵測量法對數控系對比檢測結果后得出：相比于光柵測量法，傳統(tǒng)球桿儀簡捷。ng[23]等就如何利用傳統(tǒng)球桿儀的檢測原理分離立式三軸數了一系列的研究工作。研究結果表明用傳統(tǒng)球桿儀可以軸間的位置誤差和角度誤差。在此之后，國內外學者們應用領域，發(fā)現對于復雜機構的空間定位精度檢測，傳據采集的簡單快捷性得到了很好的發(fā)揮[24-31]。本京都大學首先開始了對傳統(tǒng)球桿儀的軟件系統(tǒng)進行深其中。例如 Yukio Takeda[32]提出了基于傳統(tǒng)球桿儀檢測構精度檢測的路徑優(yōu)化理論；有學者提出常規(guī)精度檢測儀精度的檢測，但是如果將傳統(tǒng)球桿儀配合激光干涉儀使

圖 1.3 轉動軸復合誤差檢測實驗 1.4 所示，傳統(tǒng)球桿儀在被安裝在五軸機床后，整個加工空間形成一個閉鏈。通過對空間圓弧軌跡的設計，可以測出全部位置誤差，進而評價該五精度，該結果被用來詳細分析對加工精度影響最大的 6 個幾何誤差量的檢。圖 1.4 傳統(tǒng)球桿儀特殊運行軌跡設計

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