硕士学位论文题目轴瓦拉削加工机床电气控制系统研制研究生王宏亮专业机械电子工程指导教师倪敬教授完成日期年月万方数据杭州电子科技大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担切相关责任。论文作者签名日期年月日学位论文使用授权说明本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印缩印或其它复制手段保存论文。保密论文在解密后遵守此规定论文作者签名日期年月日指导教师签名日期年月日万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文轴瓦拉削加工机床电气控制系统研制研究生王宏亮指导教师倪敬教授年月万方数据，万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文摘要本文基于当前拉床行业在误差补偿技术上关于动态误差补偿方面的技术空白，提出了种基于贝叶斯网络的误差补偿控制策略，并基于该策略，研制了轴瓦拉削加工机床电气控制系统，最后进行了实验研究，实际运行结果表明，应用了本文研制的电气控制系统的轴瓦拉床对比传统轴瓦拉床有更高的加工精度。本文针对轴瓦拉床闭环控制系统，首先介绍了轴瓦拉床的机械系统和电液驱动系统，完成了拉床电气控制系统硬件部分的设计接着，基于拉床的机械系统，根据空间定位误差，推导出了拉床多误差综合数学模型然后，在贝叶斯网络的基础上，设计了控制器最后进行了相应的软件设计以及实验研究。第章介绍了有关拉床误差补偿的背景和意义及其相关关键技术的国内外研究现状。第章介绍了轴瓦拉削加工机床闭环控制系统及其性能指标，讲解了机床的整体机械结构，重点说明了电气系统的硬件设计，主要包括电源供配电设计电源供配电设计电源供配电设计，模块选型，元器件选型。第章中，采用了传统的齐次坐标变换方法，基于第章中介绍的轴瓦拉床的机械系统，分别在轴瓦拉床的底座上建立了基坐标系，在轴瓦拉床横向以及纵向运动轴上建立了子坐标系，然后通过在拉床底座床身主溜板刀具各个部分之间建立其坐标变换矩阵，建立刀具到拉床底座这条运动链的坐标变换矩阵，同理再建立工件到拉床底座之间运动链的坐标变换矩阵，最后基于以上两条运动链，建立轴瓦拉削加工机床的多误差综合数学模型。同时本章中也引入了阀控缸的数学模型，架构了由阀芯位移到液压缸位移的数学模型。第章以理论作为运动控制方法，并基于第章的多误差综合模型，运用贝叶斯网络计算各误差源的热误差，同时考虑几何误差，提出了种新型的控制策略。控制策略汲取了当今流行的误差补偿方法，并在此基础上推陈出新，以多误差几何误差热误差综合数学模型为基础，并将热误差分为个相对独立的分量，与个热敏点对应，运用贝叶斯网络分别计算个热误差分量，同时在运动控制上借鉴了传统控制简单且有效的优点。第章主要完成了轴瓦拉削加工机床软件部分的设计及其实验部分的研究。软件部分的设计包括了基于西门子的程序设计和基于研华工控机的上位机监控程序设计实验部分则主要研究了控制策略在轴瓦拉削加工机床上的控制效果。万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文第章中，对本文的工作内容进行了分析总结，并对今后轴瓦拉削加工机床电气控制系统的研究方向进行了展望。关键词热误差，几何误差，拉床，误差补偿，贝叶斯网络万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文,.,.,.,,.万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文.,.,.,.,万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文目录摘要目录第章绪论课题的背景和意义相关技术国内外研究现状.数控机床多误差综合建模技术研究现状.数控机床热误差补偿技术研究现状论文研究内容和结构.第章轴瓦拉削加工机床电气控制系统总体设计系统工作原理和拉床性能指标系统组成和工作原理.性能指标机床机械系统介绍.机床电气控制系统原理图设计与元器件选型电源的供配电设计模块设计.元器件选型.本章小结第章轴瓦拉削加工机床多误差综合模型机床空间定位误差分析多误差综合数学建模.数控拉床误差分析齐次变换误差运动综合数学模型.电液伺服系统数学模型.本章小结第章轴瓦拉削加工机床控制策略研究贝叶斯网络.轴瓦拉削加工机床控制器设计.控制策略分析万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文控制器设计本章小结第章轴瓦拉削加工机床电气控制系统实验研究软件设计程序设计.上位机监控程序设计实验研究.实验参数.实验经过与结果分析本章小结第章总结和展望工作总结工作展望.致谢.参考文献.万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文第章绪论.课题的背景和意义拉床是用拉刀进行加工的机床，主要用于加工各种通孔表面，如圆孔方孔花键孔等，还可加工平面沟槽和直线成形面等。拉床具有生产效率高，加工精度高，操作简便，加工范围广等特点。拉床的加工通常次成形，是种高效率的精加工方法，且拉刀的成本较高，结构复杂，加工不同的工件需要不同的拉刀，因此拉削般用于批量生产，主要应用于汽车摩托车工程车等关键零件的内孔加工，是汽车零部件产业关键加工设备之。我国数控机床的发展相较发达国家起步较晚，机床的整体技术水平在国际上仅处于中间位置，国产的中高端数控机床产品的市场占有率普遍较低。虽然国产数控机床有成本较低的优势，但方面企业对于加工精度的要求越来越高，另方面国产数控机床对比国外产品在质量上始终有段较大的差距。基于当前现状，加大在数控机床领域的支持力度，加快我国数控机床整体质量水平的提高，重点提高数控机床的加工精度，对于我国的现代化发展有着非常重要的意义。目前提高拉床精度的方法般有以下几种误差防止法误差硬件补偿法和误差软件补偿法。误差防止法是基于结构设计或部件加工方法如优化机床结构提高机床部件制造精度温度及气流控制的手段消除或减少可能的误差源。该方法虽然能提高加工精度，但其性价比不高，尤其是当加工精度要求高于定程度后，利用该方法所花费的成本呈指数规律增长。误差硬件补偿法属机械式固定补偿，该方法通过螺钉凸轮等机构通过手动调节的方式，改变误差补偿量，不仅操作繁琐，而且该方法还有不能解决随机性误差缺乏柔性的缺点。误差软件补偿法是基于机床电气控制系统的误差补偿方法，其方法简单，不需要机械部件的支持，且支持动态补偿，相对误差防止法和误差硬件补偿法成本低廉，能够有效地消除随机误差，但该方法对机床电气控制系统的控制精度要求较高，前期研究工作较为复杂。加工误差是由刀具与工件相对运动中的非期望分量引起的。在这种意义下，我们把加工误差定义为“机床按种操作规程指令所产生的实际响应与该操作规程所预期产生的响应之间的差异”。也可简单理解为“机床误差是机床工作台或刀具在运动中，理想位置和实际位置的差异”。机床误差般包括机床的几何误差热变形误差外力造成的变形误差和运动误差等，其中，几何误差和热误差占了机床所有误差的左右。本文为了研制基于误差软件补偿的机床电气控制系统，以轴瓦拉削加工机床为研究对象，目标是补偿机床的几何误差和热误差本文轴瓦拉床的加工误差表示轴瓦的尺寸误差，首先介绍了轴瓦拉床的机械系统，并在此基础上建立拉床的高精度电液伺服闭环控制系统接着根据拉床的机械系统建立拉床的多误差综合数学模型，并引入了阀控缸的数学模型然后基于已建立的数学模型和贝叶斯网络设计拉床闭环控制系统的核心控制器最后对设计完成的万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文电气控制系统进行仿真与调试。该研究对国内企业研制高精度的高端数控拉床有重要意义。.相关技术国内外研究现状数控机床的误差补偿，首先需要对相关的误差进行数学建模，然后基于建立数学模型，测量其中的误差元素，最后进行误差补偿。以上过程中涉及到了些误差补偿相关的技术，下面对本文涉及的些关键技术进行说明。数控机床多误差综合建模技术研究现状在工件的加工过程中，机床的刀具作用在工件上，其中任何方的偏移都会导致加工误差的产生，很多学者尝试了系列数学方法来表示该加工误差，以了解加工中的各个因素对加工精度的影响。年，基于五轴数控铣床，建立了由机床主轴到夹具上工件之间的运动学模型，该模型能广泛应用在各种数控机床上。基于加工中心在各方向上运动时产生的误差，等人运用数学方法考虑了各个方向上的运动误差，并综合几何误差，对加工中心进行了补偿，这是种在机床各运动轴上建立子坐标系，基于运动链和各坐标系间的变换矩阵，进行建模的方法，该方法考虑了非刚体对加工中心的影响，在多误差综合建模方法上应用较广泛。年，等学者提出了种通过检测机床部分误差，从而计算出机床在各个运动轴上的位置误差方向误差，最后合成误差数学模型的方法。年，这些学者又通过研究工件的加工尺寸公差带与机床各轴之间的相关性，研究出了种误差辨识方法。美国大学通过力学方法，建立了考虑切削力因素的误差预测模型，但该预测模型的建立必须以大量的实验数据为基础。年，基于三轴数控铣床，在传统多误差综合数学模型的基础上，考虑了力误差的因素，定程度上改善了传统多误差综合数学模型。齐次坐标变换作为现今国际上应用地最为广泛的方法，得到了国内诸多该领域学者的重视基于数控机床在各方向上运动时产生的误差，章青等人运用数学方法考虑了各个方向上的运动误差，并综合几何误差，对加工中心进行了补偿，这是种在机床各运动轴上建立子坐标系，基于运动链和各坐标系间的变换矩阵，进行建模的方法，该方法考虑影响机床加工精度的各项因素，具有适应性高的特点。该种建模方法在国内论文得到了广泛的应用。数控机床热误差补偿技术研究现状通过认识机床的热行为，人们开始寻找机床热变形与机床运动产热之间的关系，世纪年代中期，日本德国等国家相继进行了关于机床数控系统热误差补偿功能的研究，基于当时的硬件水平，并没有取得较大的进展。在进入世纪年代后，基于当时市场需求，各企业对于机床的加工精度有了更高的要求，于是各个国家，包括日本德国美国等相继掀起了热误差补偿技术的研究热潮。如等学者提出的热误差数学模型是基于机万方数据杭州电子科技大学硕士学位论文床各测温点温度，考虑其能的损耗，使用有限元方法，建立了热误差数学模型。等学者对误差模型项误差元素进行分析，同时考虑热误差及几何误差，将轴运动的数控机床的误差元素扩展到了项。等学者建立了基于法的数控机床误差综合数学模型。等学者建立了关于灰色系统理论的热误差补偿数学模型。与此同时，神经网络作为种智能高效的现代控制方法，被广泛地应用于解决非线性问题，考虑到机床的热变形属于非线性变化的问题，因此神经网络成为学者解决热误差建模