【摘要】：本課題在國家科技專項的背景下,針對沈陽機床集團的三軸立式加工中心VMC850B批量化生產(chǎn),進行誤差建模與精度設(shè)計�？傮w而言,建立了該型號的整機空間誤差模型、以及對應該型號機床三個平動軸部件的單軸裝配體誤差模型;基于建立的模型,利用機床的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)和主要零件的精度等級,進行了零件-部件-整機的正向精度設(shè)計,驗證了機床誤差模型的準確性;以精度分析的結(jié)果為數(shù)據(jù)基礎(chǔ),將整機的精度分配抽象為有約束最小化問題進行了解決,并以此調(diào)整了機床零件的精度等級,實現(xiàn)整機-部件-零件的逆向精度分配,并再次進行正向精度分析來驗證精度分配的合理性。主要的研究內(nèi)容如下:(1)基于齊次坐標變換原理,考慮PIGEs和PDGEs,建立了三軸立式加工中心的整機空間誤差模型�？紤]部件實際初始位置,確定機床單軸部件擁有12項部件誤差(6項PIGEs和6項PDGEs);通過確定運動鏈、建立轉(zhuǎn)換矩陣、求解逆變換等一系列操作,獲得考慮PIGEs和PDGEs對應的整機空間誤差模型;通過調(diào)整,36項部件誤差調(diào)整為與主流思想一致的21項部件誤差;以思路與方法入手,對比本文建立的整機空間誤差模型和其他模型,突出本文的模型中,考慮安裝工序,垂直度誤差以部件PIGEs的方式引入整機空間誤差模型的方法。(2)基于小位移旋量理論,系統(tǒng)地建立了單軸裝配體機理性的誤差模型。通過對機床單軸裝配體的安裝工序的研究,明確主要零件誤差源;以導軌相關(guān)以及絲桿相關(guān)的裝配路徑為依托,利用小位移旋量SDT對零件公差進行表征,以齊次坐標變換矩陣對零件公差進行累積傳遞,完成了兩條子裝配路徑的誤差建模;通過并聯(lián)裝配誤差路徑判別以及PDGEs和PIGEs融合,完成單軸裝配體的最終誤差綜合,形成以零件特征對應的旋量為自變量,以零件公差要求設(shè)定控制方程的單軸裝配體的誤差模型。(3)基于蒙特卡洛模擬理論,完成了立式加工中心的精度分析。在無批量化的機床誤差實測數(shù)據(jù)的前提下,合理利用蒙特卡洛模擬,根據(jù)實際的機床主要零件的精度等級,擬合出符合要求的虛擬的1000臺立式加工中心的全套零件誤差數(shù)據(jù),進行零件-部件-整機的精度分析;將零件-部件層次的精度分析結(jié)果,與對應的立式加工中心幾何精度標準、10臺主機廠內(nèi)的同型號機床以及1臺實驗室同型號機床的實測數(shù)據(jù)對比,驗證單軸裝配體的精度分析的正確性,同時驗證單軸裝配體的誤差模型的正確性;基于零件-部件的精度分析結(jié)果,進行部件-整機層面的精度分析,空間誤差的擬合結(jié)果以誤差橢圓球以及統(tǒng)計圖的形式表征,并進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析。(4)基于有約束最小化問題解決方案,完成了立式加工中心的精度分配。在整機誤差貢獻度分析的基礎(chǔ)上,以最優(yōu)化問題為原型,抽象出目標函數(shù)、設(shè)計變量與約束條件,將整機精度分配問題完全抽象成一個有約束最小化問題;針對兩個不同目標的分配任務,完成對應的精度分配任務,明確定位精度等部件誤差在精度分配中的重要性;基于單軸裝配體的誤差模型,結(jié)合整機精度分配的分析結(jié)果,進行零件誤差對部件誤差的定性影響分析,對實際的零件精度等級進行調(diào)整,并在此基礎(chǔ)上,再次進行機床的精度分析,以此驗證了立式加工中心精度分配的合理準確性。總體而言,本文對批量化三軸立式加工中心VMC850B進行誤差建模與精度設(shè)計,建立了該型號機床的誤差模型(包括整機空間誤差模型和單軸裝配的誤差模型),基于實際零件精度進行精度正向分析,并以精度分配的手段,調(diào)整主要零件的精度,達到加工精度最優(yōu)與生產(chǎn)成本最優(yōu)。
【圖文】：

1 1 1x , y ,z 與 2 2 2x , y ,z 分別是點 P 在空間滿足如下的關(guān)系：1 2 11 12 13 1421 2 21 22 23 2421 2 31 32 33 34241 42 43 441 1 1BAx x a a a axy y a a a ayTz z a a a aza a a a 標系 A 中 P 點的坐標位置 1 1 1x , y ,z 轉(zhuǎn)換次坐標變換矩陣（如圖 2-1 所示）。坐標系軸和 z 軸平移距離x 、y 、z ；x 軸、y 、z 。

任意機床均是由運動部件組成，三軸數(shù)控機床只有 X 軸、Y 軸、Z 軸 3 個平移運動部件；四軸（五軸）數(shù)控機床在此基礎(chǔ)上，加以旋轉(zhuǎn)運動部件 A 軸（以及B 軸）。本文研究的對象是批量化的立式加工中心 VMC850B，屬于三軸數(shù)控機床，因此本文關(guān)于部件誤差的分析主要以平動軸為主。根據(jù)論文[53]的介紹，機床任意部件均包括位置相關(guān)誤差（Positional-dependentgeometricerrors，PDGEs）和位置獨立誤差（Positional-independentgeometricerrors，PIGEs）。其中 PDGEs 表示單一運動部件隨運動位置的不同而變換的六維位姿誤差；PIDGs 表示運動部件相對于前次序的部件[12]的相對位姿誤差。以 VMC850B中的 Y 軸運動部件為例（如圖 2-2 所示），，其前次序的部件機床基座，其 PDGEs和 PIGEs 具體如下： , , , ,PDGEs ,PIGEs, ,, ,TTx y z xy yy zyxy yy zyx y zy y yy y y (2-7)其中，PIGEs 的下角標中，第一個字母代表誤差的方向，第二個字母代表運動部件。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG659

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 呂程;劉子建;秦歡;艾彥迪;;基于JSS矩陣的裝配誤差傳遞路徑求解方法[J];機械工程學報;2015年20期

2 黎麗;謝偉;魏書傳;汪楊;;中國制造2025[J];金融經(jīng)濟;2015年13期

3 項四通;楊建國;張毅;;基于機理分析和熱特性基本單元試驗的機床主軸熱誤差建模[J];機械工程學報;2014年11期

4 姜輝;楊建國;姚曉棟;張余升;袁峰;;數(shù)控機床主軸熱漂移誤差基于貝葉斯推斷的最小二乘支持向量機建模[J];機械工程學報;2013年15期

5 葉佩青;翟棟;趙彤;張輝;;臥式加工中心空間誤差對制造誤差敏感度分析[J];清華大學學報(自然科學版);2011年05期

6 鄭丞;金隼;來新民;李余兵;;基于非合作博弈的公差分配優(yōu)化[J];機械工程學報;2009年10期

7 康方;范晉偉;;數(shù)控機床制造精度的優(yōu)化分配方法[J];機械科學與技術(shù);2008年05期

相關(guān)博士學位論文 前6條

1 田文杰;精密臥式加工中心幾何精度設(shè)計及誤差補償方法研究[D];天津大學;2014年

2 余治民;數(shù)控機床精度鏈設(shè)計方法研究[D];湖南大學;2014年

3 蔣科;機械產(chǎn)品幾何精度設(shè)計中的三維偏差分析技術(shù)[D];北京理工大學;2014年

4 范開國;數(shù)控機床多誤差元素綜合補償及應用[D];上海交通大學;2012年

5 曹衍龍;面向制造環(huán)境的公差穩(wěn)健設(shè)計方法與技術(shù)的研究[D];浙江大學;2003年

6 粟時平;多軸數(shù)控機床精度建模與誤差補償方法研究[D];中國人民解放軍國防科學技術(shù)大學;2002年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 徐徐;高檔數(shù)控機床精度分配設(shè)計與優(yōu)化方法及應用研究[D];浙江大學;2013年

本文編號：2601286