为了提高半导体激光器的光束稳定性, 减少长距离测量中激光光束的漂移, 本文设计了基于BP神经网络结合PID控制(BPNN-PID)的双反射镜激光器光束漂移自动补偿系统。在该系统中, 将两个四象限光电探测器分别置于测量近端和测量远端, 作为激光光束漂移的测量单元; 用两个带有压电陶瓷致动器(PZT)的二维角度调整架作为激光光束方向的调整单元。建立了激光光束漂移量与调整单元角度变化的模型, 并根据测量单元的输出, 通过BPNN-PID方法反馈控制调整单元的角度, 从而自动补偿激光光束漂移。实验结果表明: 使用该激光器光束漂移补偿方法, 在15 min时间内, 用于测量直线度误差和角度误差的激光测量系统的稳定性在测量距离1 m处, 分别从未控制时的±9 μm和±5″提高到了±3 μm和±1.5″。

为提高齿轮渐开线样板的制造精度, 本文研究了齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差的影响。基于双滚轮-导轨式渐开线展成原理, 建立了齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差影响的数学模型, 并依据该模型分离出齿廓形状偏差和齿廓倾斜偏差; 基于该数学模型, 推导出补偿特定齿轮渐开线样板齿廓倾斜偏差所对应的安装偏心; 最后, 搭建了齿轮渐开线样板实验装置进行验证。实验结果表明: 通过对安装偏心的补偿, 可将齿轮渐开线样板齿廓倾斜偏差由-3.53 μm减小到-0.06 μm, 达到了1级齿轮渐开线样板对齿廓倾斜偏差的要求。研究齿轮渐开线样板安装偏心对其齿廓倾斜偏差的影响规律可以用于补偿齿轮渐开线样板的齿廓倾斜偏差, 并为开发高精度齿轮渐开线样板提供技术支持。

在齿轮螺旋线的实际测量过程中, 不同轮齿的螺旋线倾斜偏差经常会出现较大差异。为提高齿轮螺旋线偏差的测量精度, 分别研究了芯轴和齿轮安装误差对齿轮螺旋线偏差的影响规律。首先分别建立了芯轴安装偏心和倾斜误差及齿轮安装偏心和偏摆误差对齿轮螺旋线形状偏差和倾斜偏差影响的数学模型, 然后制作了平垫圈(1#、4#)和楔角误差分别5.5 μm/45 mm(2#)和11.9 μm/45 mm (3#)的楔形垫圈, 用于进行齿轮螺旋线偏差的精密测试实验。得到如下结果: 采用2#楔形垫圈时, 螺旋线倾斜偏差fHβ的最大值与理论模型相差0.17 μm, 相对误差为7%; 采用3#楔形垫圈时, 螺旋线倾斜偏差fHβ的最大值与理论模型相差0.06 μm, 相对误差为1%; 而两次试验中齿轮螺旋线的形状偏差ffβ基本不变。实验结果表明: 齿轮安装偏摆误差对螺旋线偏差的实测结果与理论值基本吻合, 从而验证了所建数学模型的准确性。依据本文所建螺旋线的数学模型, 得到通过调整齿轮安装偏摆误差补偿各齿轮螺旋线倾斜偏差差异的误差补偿方法。本文研究对于研制高精度标准齿轮具有重要研究意义。

为预测被加工齿轮的齿距加工精度, 研究了Y7125型大平面砂轮磨齿机系统分度误差的传递规律。采用全闭环测量法对用作角度测量基准的正36面棱体进行了高精度标定; 基于该正36面棱体和相对测量法在机提取机床36个等分点系统分度误差曲线; 最后在磨齿机上进行精密磨齿实验, 通过比较齿轮试件的齿距累积偏差与机床原始系统分度误差的差异, 研究机床分度误差的传递规律, 并通过实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度。实验结果表明: 采用全闭环测量法标定正36面棱体的测量不确定度达到±0.05; 磨齿机系统分度误差传递到被加工齿轮后, 齿距累积总偏差由2.1 m增大到2.6 m, 相对误差增加了24%; 通过磨齿实验得到磨齿机分度误差传递过程中的不确定度为±0.6 m。得到的机床分度误差传递规律可用于预测齿轮的齿距累积加工精度, 为制定科学的磨齿工艺提供技术支持。

为建立超精密磨齿工艺的科学原理与技术框架, 以研制ISO 1328-1∶1995中1级精度的基准标准齿轮为目标, 研究了超精密齿轮磨齿工艺原理与方法。首先, 依据渐开线齿轮最佳成型原理, 考虑机床关键元部件易精化及结构刚度高的特点, 选择Y7125型大平面砂轮磨齿机为工具机。然后, 从齿坯工艺与基准修复、机床参数的优化调整及科学的磨齿操作等方面对超精密磨齿工艺进行了探讨与研究。最后, 通过磨齿实验研制出了m2和m4一级精度的基准标准齿轮。该项工艺的研究对我国齿轮制造技术与水平的全面提升具有指导作用。