重型數(shù)控機(jī)床是能源動(dòng)力、航天航空、國(guó)防軍工、汽車制造等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備,機(jī)床的精度水平直接決定了大型關(guān)鍵零件加工的精度、效率及可靠性,其設(shè)計(jì)理論體系的建立對(duì)于提高我國(guó)重型機(jī)床制造水平具有重要的意義。重型機(jī)床靜態(tài)精度設(shè)計(jì)是重型機(jī)床設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容,對(duì)實(shí)現(xiàn)精度目標(biāo)和成本控制有著非常重要的作用,但目前的機(jī)床精度設(shè)計(jì)方法沒有考慮到重型機(jī)床大尺寸結(jié)構(gòu)柔性的特殊性,尤其是重力作用引起的結(jié)構(gòu)變形誤差對(duì)靜態(tài)精度的影響,其結(jié)果使得重型機(jī)床產(chǎn)品的靜態(tài)精度依然需要依靠后期的裝配調(diào)整環(huán)節(jié)加以保證,無(wú)法發(fā)揮精度設(shè)計(jì)在機(jī)床設(shè)計(jì)中應(yīng)有的作用和優(yōu)勢(shì)。為解決上述問(wèn)題,本文對(duì)重型機(jī)床的靜態(tài)精度設(shè)計(jì)方法所涉及的靜態(tài)誤差建模、重力變形誤差建模、大尺寸誤差測(cè)量和靜態(tài)誤差分配技術(shù)進(jìn)行了研究,旨在為構(gòu)建具有重型機(jī)床特點(diǎn)的精度設(shè)計(jì)方法及理論體系提供一定的指導(dǎo)。針對(duì)重型機(jī)床結(jié)構(gòu)大尺寸、大跨距的柔性特點(diǎn),提出了一種基于多柔體系統(tǒng)理論的重型機(jī)床靜態(tài)誤差建模方法。將機(jī)床抽象為由彈性體和鉸組成的多柔體系統(tǒng),通過(guò)齊次坐標(biāo)變換矩陣揭示了剛體運(yùn)動(dòng)中的幾何誤差和柔性體彈性變形誤差間的耦合關(guān)系,建立了描述幾何誤差及彈性變形誤差共同作用下的運(yùn)動(dòng)軸靜態(tài)誤差元... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：139 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

重型數(shù)控機(jī)床典型產(chǎn)品[1]

第1章緒論-3-的準(zhǔn)靜態(tài)誤差，該類誤差與機(jī)床結(jié)構(gòu)形態(tài)有關(guān)，主要包括幾何誤差、熱誤差、聯(lián)動(dòng)誤差等，最多能占到機(jī)床總誤差的70%[5,6]；第二類是與機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)間有關(guān)的動(dòng)態(tài)誤差，屬于由刀具受力變形、機(jī)床結(jié)構(gòu)振動(dòng)、工件受力變形和伺服控制等引起的誤差。圖1-2多軸機(jī)床的誤差源[4]Fig.1-2Errorsourcesofmulti-axismachinetools[4]機(jī)床精度對(duì)機(jī)械加工質(zhì)量具有顯著影響，提高機(jī)床精度已成為多軸機(jī)床設(shè)計(jì)、制造、裝配過(guò)程中的首要任務(wù)。機(jī)床的加工精度（或工作精度）是指加工后的零件幾何尺寸、形位精度與加工對(duì)應(yīng)要求相符合的程度。誤差源是產(chǎn)生某種誤差的來(lái)源，將其引起的誤差定義為對(duì)應(yīng)的誤差元素，如機(jī)床部件沿X軸直線運(yùn)動(dòng)過(guò)程中沿Y向的直線度誤差就是一個(gè)誤差元素。機(jī)床加工時(shí)刀尖點(diǎn)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)在誤差元素的作用下偏離理想的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而產(chǎn)生加工誤差。機(jī)床設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于預(yù)測(cè)及評(píng)估機(jī)床加工精度，并在可實(shí)現(xiàn)的前提條件下制定出成本最低的設(shè)計(jì)方案。由于機(jī)床的精度模型描述了誤差元素與機(jī)床刀尖點(diǎn)加工精度的關(guān)系，是分析、預(yù)測(cè)機(jī)床加工精度的重要手段，因此重型機(jī)床的精度建模是機(jī)床設(shè)計(jì)過(guò)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重要內(nèi)容，為重型機(jī)床的精度設(shè)計(jì)方法提供了理論基矗重型機(jī)床具有尺寸大、載荷大、行程大等特點(diǎn)，如落地銑鏜床滑枕、龍門式銑床橫梁等大外伸量、大跨距結(jié)構(gòu)特征會(huì)導(dǎo)致機(jī)床部件剛性不足，直接影響加工精度；機(jī)床所處空間的溫度梯度也會(huì)造成機(jī)床的不均勻變形。普通機(jī)床可以忽略的誤差由于重型機(jī)床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)其影響可能會(huì)被放大，進(jìn)而變得難以控制。在普通機(jī)床與重型機(jī)床精度建模方法研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量的研究工作，取得了豐碩的成果，確立了基本的理論體系[7,8]，研究的誤差源主要包括幾何誤差、力變?

叻ú飭吭?硤岢雋?激光跟蹤儀空間位置誤差測(cè)量的自標(biāo)定技術(shù)，并且在此基礎(chǔ)上探討了測(cè)量系統(tǒng)站位布局對(duì)測(cè)量不確定度的影響，指出當(dāng)站位布局構(gòu)成空間正四面體時(shí)測(cè)量系統(tǒng)具有最優(yōu)的測(cè)量精度[99,100]。Wendt等將激光跟蹤儀的多邊法應(yīng)用于大型CMM的空間位置誤差測(cè)量[101]。為進(jìn)一步提高三軸數(shù)控機(jī)床的誤差補(bǔ)償精度，Aguado等采用激光跟蹤儀的多邊法測(cè)量機(jī)床空間位置誤差以降低測(cè)量噪聲帶來(lái)的影響[102]。英國(guó)杜倫大學(xué)的Zhang等借助誤差放大因子分析了系統(tǒng)站位配置對(duì)測(cè)量精度的影響，研究了新型激光跟蹤儀多邊法測(cè)量方案的性能，如圖1-5所示，并對(duì)系統(tǒng)配置和自標(biāo)定規(guī)則進(jìn)行了優(yōu)化，大大降低了系統(tǒng)自標(biāo)定及測(cè)量的不確定度[103]。圖1-5四站位激光跟蹤儀多邊法測(cè)量系統(tǒng)Fig.1-5Afour-stationmultilaterationsystemoflasertrackers國(guó)內(nèi)在激光跟蹤儀的多邊法測(cè)量研究方面也做了大量的工作。天津大學(xué)的林永兵系統(tǒng)地研究了四站位激光跟蹤儀多邊法測(cè)量的站位布局優(yōu)化，以被測(cè)點(diǎn)的誤差放大因子最小化為目標(biāo)，同時(shí)考慮目標(biāo)靶球?qū)す馊肷浣切∮?#177;90°的接收范圍限制，得到了一種具有實(shí)用價(jià)值的系統(tǒng)最佳布局[104,105]。王金棟根據(jù)多邊法原理推導(dǎo)了測(cè)量站位與空間測(cè)量點(diǎn)坐標(biāo)的解析求解算法，并利用一臺(tái)激光跟蹤儀在不同站位下對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行重復(fù)測(cè)量，得到站位空間位置與測(cè)量點(diǎn)空間坐標(biāo)，最后通過(guò)9線法辨識(shí)機(jī)床各項(xiàng)幾何誤差[106]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張振久等提出一種新型的順次多邊法，引入四個(gè)標(biāo)定好的中繼靶座，用于計(jì)算激光跟蹤儀的站位空間位置信息，從而減小了機(jī)床的重復(fù)性誤差，提高了誤差辨識(shí)精度[107]。北京工業(yè)大學(xué)的Chen提出了一種抑制自標(biāo)定過(guò)程對(duì)多邊法測(cè)量負(fù)面影響的站位布局優(yōu)化模型，并分析了最優(yōu)布局奇異值分解的準(zhǔn)確性[108]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：2928042