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数控机床检测装置光栅设计含开题及3张CAD图

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数控机床 检测 装置 光栅 设计 开题 CAD
资源描述:
数控机床检测装置光栅设计含开题及3张CAD图,数控机床,检测,装置,光栅,设计,开题,CAD
内容简介:
数控机床检测装置光栅设计一、选题的依据及意义随着数控机床在机床制造领域的普及,现代机床在加工速度、加工精度和可靠性方面都有了很大的提高。机床用光栅测量元件和数控系统是数控机床的两大核心部件,清楚地了解他们的发展趋势,对机床制造商和最终用户都有非常重要的意义。本文依据对海德汉光栅尺拆解后测绘的尺寸,利用solidworks2009对其进行了实体建模,并对光栅尺加工及安装工艺进行了研究和探讨。同时,本文阐述了光栅尺的概况,分类及工作原理,介绍了典型的海德汉光栅尺及海德汉公司的发展,提出了能提高光栅尺的测量精度的方法。在经济危机席卷全球的形式下,中国光栅尺制造商面临产品升级,寻求新发展的重要时期,制造出高性能光栅尺是光栅尺制造商共同的目标。实现该目标与很多因素都相关,本文仅从高性能机床所需的两个关键部件人手,介绍其最新发展供大家参考。结合HEIDENHAIN公司的在测量技术方面的深人研究,着重强调了光栅尺精度和测量技术的最新发展,包括:(1)单场扫描技术;(2) 光栅测量技术;(3)光栅尺位移传感器的概念及工作原理; (4 )光栅尺的加工工艺等。结合 HEIDENHAIN数控系统,介绍了适合于高性能数控机床的最新数控技术,包括(1)高速加工;(2)五轴加工;(3)智能化;(4)友好人机界面。位置检测装置是整个数控系统的重要组成部分,在闭环或半闭环控制的数控机床中,必须利用位置检测装置把机床运动部件的实际位移量随时间检测出来,与给定的控制值(指令信号)进行比较,从而控制驱动元件正确运转,使工作台(或刀具)规定的轨迹和坐标移动。选题的意义:光栅作为数控机床上广泛使用的位置检测装置,用于测量运动位移,确定工作台运动方向及运动速度,它具有其他检测装置不具备的高精度,高响应速度等特点。二、国内外相关研究简介(述)光栅数字测量系统是数显机床、数控机床和测量机的重要组成部分,是由光栅传感器和光栅倍频器(插补和数字化电子装置)组成。光栅传感器是作为位移测量元件,光栅倍频器是对光栅信号进行电子细分和数字化处理。光栅编码器是利用刻划在各种各样载体(如玻璃、玻璃陶瓷、固态钢或钢带)上的光栅作为测量标准,并通过光电扫描进行分度,编码器的精度和温度特性可以通过刻划和选择载体来优化。光栅编码器又分为直线编码器(光栅尺)和圆编码器,而圆编码器又分为旋转编码器(作为旋转轴的反馈部件)和角度编码器(作为转台的角度测量部件)。对于编码器的结构又分为开启式的和封闭式的。它是以测量各个坐标的位移来实现对设备的数显和数控,因此测量系统的精度就决定了设备的精度。目前光栅数字测量系统的精度已有微米级、亚微米级和纳米级三个档次。光栅测量系统的长处是性能稳定、可靠性好、精度高、测量范围大、使用方便、价格适中,和其他测量系统相比有着明显的优势,在当今国际市场上光栅测量系统要占到80%以上。目前光栅测量系统的侧量步距已达1nm(0.001m),准备度到达0.5m,测量长度已达30m最大移动速度已达480/min,最大加速度已达250m/s2,最大传输距离达150m。目前全世界能制造光栅测量系统的国家除我国外还有德国、日本、美国、英国、西班牙、奥地利、意大利、俄国、韩国和印度等,估计年产量超过70万坐标,其中以德国海德汉公司为最著名,半个世纪以来其技术、品种、产量都绝对领先于其他国家。其各个品种的增长率分别为:开启式光栅尺+30%,封闭式光栅尺-3%,旋转编码器+5%,角度编码器-4%,长度规-3%,数显表DRO -18%,数控装置TNC+4%,因此本文所列举的数据均参照HEIDENHAIN产品。三、本课题研究内容测量广泛存在于国民经济的各个部门和人民生活的各个方面。自然科学所阐明的一般规律、定理、定律,往往都是以测量为基础。在现代科学技术中,测量技术的地位越来越重要,小到纳米级的金相分析,大到船舶制造和桥梁建设,精到卫星的发射,都必须进行测量。从某种意义上说,没有测量就没有科研,就没有现代工业的发展。而在目前时期,光栅测量是最主要的测量方式之一,光栅尺精度高、可靠性强、结构简单,在机床、二坐标和大量程直线测量设备中应用比较广泛。光栅尺在现代工业的贡献也是非常巨大的,不仅仅将现在加工精度进一步完善,更重要的是提高了现在加工时的工作效率。在现在中国加工业、制造业越来越成熟,对加工的精度越来越高的时候,在各种机床上,例如:铣床、磨床、车床、线切割、电火花等机床上都可以安装光栅尺,其工作环境要求相对来说不是很苛刻,对操作者的使用来说也十分简单。在数控机床中,HEDENHAIN光栅尺是最先进的测量工具。海德汉公司研制生产光栅尺、角度编码器、旋转编码器、数显装置和数控系统。海德汉公司的产品被广泛应用于机床、自动化机器,尤其是半导体和电子制造业等领域。对于数控机床,单纯追求高准确度的光栅尺是不够的,还要选择光栅尺的信号周期大小及设定控制系统的细分份数,使数控机床有合适的分辨率,同时还要选择合适的机械安装结构。要进一步提高数控机床的整体精度,还要对机床进行线性补偿、非线性补偿甚至几何精度补偿等。四、本课题研究方法光栅测量位移的实质是以光栅栅距为一把标准尺子对位称量进行测量。高分辨率的光栅尺一般造价较贵,且制造困难。为了提高系统分辨率,需要对莫尔条纹进行细分,目前(2006年)光栅尺位移传感器系统多采用电子细分方法。当两块光栅以微小倾角重叠时,在与光栅刻线大致垂直的方向上就会产生莫尔条纹,随着光栅的移动,莫尔条纹也随之上下移动。这样就把对光栅栅距的测量转换为对莫尔条纹个数的测量在一个莫尔条纹宽度内,按照一定间隔放置4个光电器件就能实现电子细分与判向功能。例如,栅线为50线对/mm的光栅尺,其光栅栅距为0.02mm,若采用四细分后便可得到分辨率为5m的计数脉冲,这在工业普通测控中已达到了很高精度。由于位移是一个矢量,即要检测其大小,又要检测其方向,因此至少需要两路相位不同的光电信号。为了消除共模干扰、直流分量和偶次谐波,通常采用由低漂移运放构成的差分放大器。由4个光敏器件获得的4路光电信号分别送到2只差分放大器输入端,从差分放大器输出的两路信号其相位差为/2,为得到判向和计数脉冲,需对这两路信号进行整形,首先把它们整形为占空比为1:1的方波。然后,通过对方波的相位进行判别比较,就可以得到光栅尺的移动方向。通过对方波脉冲进行计数,可以得到光栅尺的位移和速度。 五、研究目标、主要特色(创新)及工作进度1、2012年11月23日-11月30日:填写毕业设计任务书及进度表2、20012年12月1日-12月20日:完成相应的毕业设计3、2012年12月20日-次年3月31日:完成论文初稿六、参考文献1、 张新义主编经济型数控机床系统设计北京:机械工业出版社,19982、 余英良主编机床数控改造设计与实例北京:机械工业出版社,19943、 王贵明主编数控实用技术北京:机械工业出版社,20014、 张建纲、胡大锋主编数控技术武汉:华中科技大学出版社,20005、 张建明主编机电一体华系统控制北京:高等教育出版社,20016、 邓星钟主编机电传动控制武汉:华中科技大学出版社,20017、 王爱玲主编现代数控机床结构与设计北京:兵器工业出版社,19998、 卜云峰主编机械工业及自动化简明设计手册上下册北京:机械工业出版社,19999、 刘跃南主编.机床计算机数控及应用,北京:机械工业出版社,199710、李洪主编.实用机床设计手册.沈阳:辽宁科学技术出版社,199911、李群芳、黄建主编单片机微型计算机也接口技术北京:电子工业出版社,200112、陶晓杰主编.伺服电机用于车床进给系统.制造业自动化,第22期,200013、机床设计手册编写组,机床设计手册(第三册),机械工业出版社,198614、李立强等主编.控车床自动转位刀台设计,制造技术与车床,200015、黄玉美主编.床总体方案的创新设计,设备管理与维修,2000
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