【摘要】：多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床是航空航天高端制造領(lǐng)域不可或缺的重要裝備,航空航天產(chǎn)品性能提升對(duì)數(shù)控加工精度提出了更高的要求。多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工精度預(yù)測(cè)和機(jī)床參數(shù)優(yōu)化對(duì)保證零件的最終加工精度具有重要作用,其中影響機(jī)床精度的主要因素包括機(jī)床幾何誤差和伺服誤差。當(dāng)前國內(nèi)機(jī)床制造企業(yè)和航空用戶企業(yè)主要依靠經(jīng)驗(yàn)評(píng)估機(jī)床誤差和加工精度需求之間的關(guān)系,一方面機(jī)床制造企業(yè)面向用戶產(chǎn)品加工精度需求的機(jī)床設(shè)計(jì)和服務(wù)能力不足,另一方面航空制造企業(yè)缺乏面向零件加工精度需求的機(jī)床選型和維護(hù)的有效方法。針對(duì)以上問題,本文對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工精度預(yù)測(cè)與機(jī)床參數(shù)優(yōu)化方法進(jìn)行了深入研究,主要?jiǎng)?chuàng)新性成果如下:1)提出了考慮機(jī)床幾何誤差的三軸加工精度預(yù)測(cè)方法。針對(duì)基于機(jī)床幾何誤差的零件形位公差預(yù)測(cè)問題,首先建立了基于機(jī)床幾何誤差的刀具位姿誤差模型,進(jìn)而基于刀具位姿誤差評(píng)估了被加工面的幾何變動(dòng)范圍,從而預(yù)測(cè)零件的形位公差精度,建立了機(jī)床幾何誤差到零件形位公差精度之間的映射關(guān)系,為機(jī)床幾何誤差設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。本方法三軸加工零件的圓柱度和平面度預(yù)測(cè)誤差均小于10%,并基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的形位公差需求進(jìn)行了三軸機(jī)床精度分析和參數(shù)優(yōu)化驗(yàn)證。2)提出了考慮機(jī)床幾何誤差的五軸加工精度預(yù)測(cè)與優(yōu)化方法。針對(duì)復(fù)雜曲面數(shù)控加工中機(jī)床幾何誤差導(dǎo)致刀具切削位置不確定引起的五軸加工精度預(yù)測(cè)難題,首先給出了考慮機(jī)床幾何誤差約束的復(fù)雜曲面五軸側(cè)銑和端銑的切觸點(diǎn)變動(dòng)范圍計(jì)算方法,建立了復(fù)雜曲面加工輪廓度預(yù)測(cè)模型,實(shí)現(xiàn)了五軸機(jī)床幾何誤差到曲面加工輪廓度之間的映射和面向復(fù)雜曲面加工輪廓度約束的機(jī)床幾何誤差優(yōu)化。本方法面向五軸加工零件的輪廓度預(yù)測(cè)誤差為13.6%,并基于航空制造企業(yè)的復(fù)雜曲面加工輪廓度需求進(jìn)行了五軸機(jī)床幾何誤差參數(shù)優(yōu)化驗(yàn)證。3)提出了基于加工輪廓精度預(yù)測(cè)模型的數(shù)控機(jī)床伺服參數(shù)優(yōu)化方法。針對(duì)不同零件形狀下伺服參數(shù)對(duì)加工輪廓度的影響問題,以加工零件的刀具軌跡信息作為零件形狀的表征,研究了基于機(jī)床加減速特性的刀具軌跡信息轉(zhuǎn)化為機(jī)床各軸位置和速度信息的求解算法,建立了面向伺服參數(shù)的加工輪廓度預(yù)測(cè)模型,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了面向零件形狀的數(shù)控機(jī)床伺服參數(shù)優(yōu)化。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,本方法對(duì)伺服參數(shù)優(yōu)化后平均減少S試件加工輪廓誤差19.9%�；谝陨涎芯砍晒_發(fā)了多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工精度預(yù)測(cè)與機(jī)床參數(shù)優(yōu)化系統(tǒng),在航空制造企業(yè)的零件研制生產(chǎn)中得到了應(yīng)用驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG659
【圖文】：

論文結(jié)構(gòu)與章節(jié)安排

圖 2.1 鏜床結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)鏈圖軸數(shù)控加工機(jī)床幾何誤差參數(shù)機(jī)床通常共有 21 項(xiàng)幾何誤差，如表 2.1 所示。具體到每個(gè)機(jī)床軸，其作為近似的自由度，所以每個(gè)平移軸或者轉(zhuǎn)動(dòng)軸有六個(gè)誤差參數(shù)，其中包含了線性（定位

機(jī)床幾何誤差是機(jī)床各軸位姿的變動(dòng)范圍，但前文的計(jì)算公式只是算出了刀具位姿誤差的固定值。刀具位姿誤差的意義并非刀具所達(dá)到的實(shí)際位置，而是刀具的理想位置到極限位置之間的變動(dòng)范圍。該范圍的加工效果如圖2.2所示。因此，刀具從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置的過程中，刀具的實(shí)際位姿是位姿誤差范圍內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)位置。取極限則形成類似于公差帶的變動(dòng)區(qū)域。圖 2.2 刀具加工過程中形成的類似公差帶區(qū)域故而這個(gè)刀具可能存在的范圍需要一個(gè)實(shí)際刀具位姿誤差值減去理論刀具位姿誤差值。上一節(jié)中的刀具位姿公式是在特定誤差輸入下的刀具位姿，其表現(xiàn)為特定性位置，沒有直接體現(xiàn)這種誤差的變動(dòng)特性。由于不同的機(jī)床運(yùn)動(dòng)情況下刀具位姿計(jì)算不同，下面分別將針對(duì)于三軸運(yùn)動(dòng)、兩軸運(yùn)動(dòng)和單軸運(yùn)動(dòng)情況計(jì)算刀具位姿誤差。1）三軸運(yùn)動(dòng)情況對(duì)于前文的刀具位置和姿態(tài)求解模型，當(dāng)機(jī)床幾何誤差值設(shè)定為零時(shí)，即為無位姿誤差的

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780594