基于LabVIEW的数控机床热误差自动测量系统的设计

摘要

高档数控机床是工业现代化的基石，是进行精密加工、超精密加工的主要设备。随着制造业的快速发展，对于数控机床加工精度的要求越来越高。研究表明，数控机床的热误差是机床加工中的最大误差源，比重高达40％～70％。因此，减小数控机床的热误差对于提升机床加工精度具有重大的意义。本文针对数控机床的热误差研究，在LabVIEW软件平台下开发了一套“数控机床热误差自动测量系统”，旨在实现机床温度、热误差的集成测量以及热误差在线建模等功能。论文主要内容如下:
　　(1)实现数控机床温度和热误差的集成测量，为测量系统搭建硬件平台，编写应用程序。其中，选用数字式温度传感器DS18B20和微处理器系统ArduinoUno搭建温度测量子系统;选用电感传感器和数据采集卡USB5935搭建热误差测量子系统。利用LabVIEW、C语言等编程环境，为温度测量子系统、热误差测量子系统开发应用程序。
　　(2)介绍了常用的热误差建模方法，详细分析了多元线性回归理论(MRL)，并利用该理论模型指导数控机床的热误差建模。在LabVIEW环境下，编写热误差建模子程序，将多元线性回归模型写入程序中，实现在线建模功能。
　　(3)利用LabVIEW中的标准状态机为系统编写了上位机程序。将各个功能子程序以分支的形式，集成到上位机中，以切换分支的形式实现各个功能之间的调用;加入了判断、控制逻辑，使得上位机系统更加智能;开发了友好的人机界面，便于实验人员操作。
　　(4)进行了热误差建模和热误差补偿实验，并委托国家机械工业机床产品质量检测中心（昆明）对系统做了鉴定，以检验系统的实用性、建模精度和热误差模型的补偿效果。实验和鉴定结果表明，补偿后热误差大幅度减小，机床精度得到了明显提升。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 课题提出和意义

1．3 热误差研究现状

1．3．1 热误差测量

1．3．2 温度敏感点选择

1．3．3 热误差建模技术

1．3．4 热误差应用技术

1．4 论文主要工作

第二章 温度测量子系统

2．1 温度传感器

2．2 Arduino Uno微处理器系统

2．2．1 Uno系统结构及功能

2．2．2 Uno系统接线方案

2．2．3 Uno系统驱动的安装

2．2．4 Uno系统程序编写

2．3 LabVIEW功能程序设计

2．3．1 LabVIEW简介

2．3．2 温度测量子程序

2．4 小结

第三章 热误差测量子系统

3．1 电感传感器

3．2 数据采集卡(USB5935)

3．2．1 USB5935结构及功能

3．2．2 USB5935的接线方案

3．3 LabVIEW功能程序设计

3．3．1 动态链接库

3．3．2 LabVIEW中调用动态链接库

3．3．3 热误差测量子程序

3．4 小结

第四章 热误差建模子系统

4．1 热误差模型简介

4．2 多元线性回归模型

4．3 LabVIEW功能程序设计

4．4 小结

第五章 LabVIEW上位机程序设计

5．1 热误差实验流程

5．2 LabVIEW标准状态机

5．3 上位机程序设计

5．4 系统的前面板和操作

5．5 小结

第六章 数控机床热误差实验

6．1 数控加工中心简介

6．2 实验方案

6．2．1 实验方案

6．2．2 温度敏感点的选择

6．2．3 热误差补偿应用技术

6．3 数据分析

6．4 小结

第七章 热误差补偿效果鉴定

7．1 检测对象和设备

7．2 检测过程和结果

7．2．1 温度测量系统

7．2．2 热误差补偿效果

7．3 检测报告

7．4 本章小结

第八章 总结与展望

8．1 总结

8．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况