面向制造的机床并行公差优化设计

运用并行公差优化设计方法对精密卧式加工中心线性轴进行公差分配.在保证机床现有精度条件下,综合分析机床各线性轴制造误差的敏感度和加工成本,优化了给定结构机床线性轴导轨选型和导轨基面工序公差的精度设计,节约了机床制造成本.     

弧齿锥齿轮铣齿机的主动精度设计

为合理设计弧齿锥齿轮铣齿机数控运动轴的定位精度,提出一种面向零件加工精度要求的弧齿锥齿轮铣齿机主动精度设计方法。分析了数控弧齿锥齿轮铣齿机的结构和加工原理,通过坐标变换求得弧齿锥齿轮的齿面方程,选取齿距偏差为齿面误差检验项目,建立了机床数控轴运动误差和齿面加工误差之间的映射关系——齿面加工误差模型;用工序能力指数Cp和产品特性值总体标准差σw表示零件的加工精度要求,按4σ原则定义数控运动轴的重复定位精度,并结合齿面加工误差模型中数控轴运动误差的标准差σ,建立了零件加工精度要求和机床数控轴重复定位精度之间的映射关系——齿面加工精度模型;按照等作用误差分配原则,将弧齿锥齿轮的加工精度要求分解为弧齿锥齿轮铣齿机各数控运动轴的重复定位精度。对加工精度要求为6级的YK2275型弧齿锥齿轮铣齿机数控运动轴的重复定位精度进行实例设计,通过样机加工精度测试,验证了所提方法的合理性。     

数控机床几何精度设计指标确定方法研究

针对数控机床几何精度设计过程中整机精度设计指标难于合理确定的问题,提出一种基于待加工试件公差指标反演机床刀具工件间相对位姿误差允许变动范围的方法。该方法首先建立试件单一公差项与机床位姿误差之间的约束关系模型,即为满足试件单一公差要求,机床刀具工件间相对位姿误差需要被控制在何种范围内,然后将所有公差项对应的变动范围求交集即可得到机床位姿误差的允许变动范围,并作为整机精度设计的设计指标,用于机床零部件公差分配。推导了常用公差项对应的位姿误差变动范围的求解方法,并以机床精度检验标准中轮廓加工试件为例,阐述了所提方法的应用过程。     

基于加工误差敏感度与模糊层次分析法的行星滚柱丝杠公差匹配优化方法

行星滚柱丝杠（PRSM）公差主动设计对提高其传动性能与加工可行性有着至关重要的作用。建立了综合考虑丝杠、滚柱、螺母的螺纹同轴度误差、螺距误差与中径误差的PRSM行程误差及轴向间隙模型,计算得到各误差因素敏感性指数;基于三角模糊数的专家评判层次分析法,计算各误差因素加工权重,初步分配PRSM行程精度各误差项公差;基于序列二次规划算法对轴向间隙各误差项公差进行优化;以标准型PRSM为例,验证了该方法的有效性。结果表明：针对行程精度与轴向间隙各误差项进行公差优化的方法,不仅极好地平衡了行程精度与轴向间隙,且增加了关键公差带宽度,提高了零件加工可行性,算例表明,优化后完整周期内轴向间隙最小值由-25 μm变为0,避免螺纹干涉发生;优化后V300行程变动量基本不变,公差带宽度平均增加65%,保证PRSM 5级精度指标的同时提高了关键零件加工可行性,降低了加工成本,可为PRSM公差主动设计理论提供参考。     

螺旋锥齿轮精密数控加工误差补偿策略

为了更好地实现螺旋锥齿轮精密数控加工,结合螺旋锥齿轮加工特点,在欧式线性空间中建立了数控加工模型及误差补偿模型。补偿模型为二级补偿机制,以齿面误差作为判断依据,通过对机床安装调整误差的补偿和加工过程中运动误差的补偿及时修正加工质量。由此,通过逐齿动态补偿,使得加工过程中机床误差得到修正,齿面加工精度得到提升。经仿真实验验证,该方法可实现连续轨迹运动中的多轴协调,有效提高螺旋锥齿轮数控加工机床的加工精度。     

超精密机床激光干涉测量系统误差分析及补偿

详细分析了超精密机床加工中,激光测量系统误差组成及其产生机理,给出了有效的修正和补偿手段.影响激光测量系统精度和重复精度的主要误差因素可分为3类：内部误差、环境误差和安装误差.通过实例分析精密机床四轴激光测量系统,设计出了四轴激光测量光路,实现超精密工作台的X、Y、Rz三自由度位置反馈,给出了影响测量精度的误差因素以及对系统精度的影响大小.     

基于高精度运动平台的误差模型构建与分析

机床误差补偿技术是提高机床精度的一种有效的方法。设计了一个用于微细电火花加工的三维精密运动平台设计,完成了平台搭建工作,根据三维大行程运动平台的几何特性,分析了机床存在的空间定位误差,运用齐次矩阵变换,完成了三维微细电火花加工运动平台的误差补偿理论分析,建立了相应的误差模型。计算机软、硬件技术的发展,误差补偿技术因其性价比高、可靠性好日益受到重视,通过合理的补偿,可使被加工零件的精度得到甚至超过数控加工机床本身的精度。     

五轴数控加工中心回转轴误差补偿技术的研究

针对五轴加工中心回转轴运动精度问题,基于多体系统理论,对回转轴运动拓扑结构进行描述．建立数控机床精密加工条件方位约束方程,研究了回转数控指令的迭代修正求解。在此基础上,利用C#语言编制误差补偿和仿真分析软件,通过试验检验,证明本文提出的补偿方法可使机床加工精度大大提高,为将来实际应用奠定了理论基础。     

基于几何误差源互补偿的机床公差设计及其应用

针对机床系统几何误差源的最终作用结果存在相互抵消的现象,提出了一种基于机床系统几何误差源相互补偿的机床公差设计方法。该方法以经济加工精度为初始成本界限,通过机床误差建模实现各个几何误差源公差到机床输出精度的映射;根据映射结果的量值和方向,有目的地调整几何误差源公差的量值和方向,使机床几何误差源在加工误差敏感方向上的抵消效果达到最好。以滚齿机YK3610为例,给出了该方法应用过程的基本步骤和关键环节。     

三轴立式加工中心几何误差对空间定位精度的敏感度分析

精密制造是机床发展的重要目标,精度设计和误差补偿是实现机床精密化的重要方法。基于多体系统理论,利用齐次坐标变换建立三轴立式加工中心空间误差模型;基于空间误差模型,利用矩阵微分法建立误差敏感度数学模型,并通过归一化处理,计算出几何误差敏感度系数,找出关键几何误差项;基于关键几何误差项,通过精度设计提高三轴立式加工中心的空间定位精度。以三轴立式加工中心的工作台中间点为例进行敏感度计算,识别出该点处的关键几何误差,并提出方法提高三轴立式加工中心的空间定位精度。     

论机床加工精度和精密机床的结构特点

从研究机械加工精度出发,针对机床本身的结构误差和运动误差,分析和叙述了机床误差对工件加工精度的影响程度,简要介绍了部分精密机床结构特点及其在提高精度方面所采取的方法和措施。     

基于误差状态最优估计的精密机床装配调整工艺决策

精密机床作为现代装备制造业的工作母机,其设计与制造水平对国防与基础工业发展具有举足轻重的影响。几何精度是衡量机床性能的关键指标,是保证加工精度的首要因素。然而目前机床及精密机械装配工艺规划多依赖于设计人员经验,缺乏准确量化的装配测量与调整工艺研究,导致装配过程的反复装调,装配效率较低。提出了基于误差状态最优估计的精密机床装配调整工艺决策方法。基于精密机床装配过程误差传递状态空间模型,运用卡尔曼滤波方法基于测量数据对当前装配误差状态进行最优估计。在最优估计基础上,进一步采用最优控制方法,得到满足最终装配精度要求的最优调整工艺。该方法综合考虑了测量不确定度、装配精度、调整工时成本等因素,实现了精密机床装配过程调整工艺的准确决策。最后,通过卧式加工中心装配的实例分析,验证了所提出方法的可行性和有效性。     

几何误差贡献值影响下五轴数控机床运动轴误差灵敏度分析方法

针对现有误差元素灵敏度分析与后续误差补偿关联性不强的问题,建立运动轴几何误差贡献值模型并提出运动轴几何误差灵敏度分析方法,以获得本身几何误差对机床精度有很大影响的关键运动轴。结合指数积理论和坐标系微分运动理论建立基于误差敏感矩阵的运动轴几何误差贡献值模型,各运动轴几何误差贡献值相加得到机床综合误差模型;计算各运动轴误差权重分量和误差综合权重实现运动轴误差灵敏度分析,选择误差综合权重平均值最大的运动轴为机床关键运动轴,并对关键运动轴的误差补偿方法进行分析讨论。最后,在北京精雕集团的五轴加工中心上进行仿真实验验证。研究结果表明:所建立模型和所提出分析方法是有效的,且只补偿关键运动轴的几何误差贡献值能有效地提高五轴机床加工精度。     

五轴数控机床几何误差建模方法研究

五轴数控机床是实现工件复杂表面精密加工的重要设备,而机床本身精度是保证加工精度的重要前提。以一台大型五轴数控加工机床为研究对象,分析各项误差,应用多体系统运动学理论,建立移动轴与旋转轴的几何误差数学模型,推导出刀具相对工件坐标系的位置与姿态误差表达式,为误差补偿提供精确数学模型,提高机床加工精度。     

双转台五轴数控机床误差实时补偿

以双转台五轴数控机床为对象,建立各移动轴和旋转轴运动的数学模型,以工件坐标系为基础坐标系,应用齐次坐标系变换理论,推导任一时刻各轴运动在工件坐标系中的位置误差数学表达式.针对五轴机床的移动轴和旋转轴同时运动存在耦合的情况,提出一种分步实施的解耦补偿方法,即在实施误差补偿时首先进行姿态误差补偿,通过旋转轴的旋转运动将工件的实际姿态调整到与理想姿态相同,然后通过移动轴的平移运动进行位置误差补偿,并相应建立五轴机床误差补偿数学模型.通过仿真分析和对曲面零件的实时补偿加工试验,明显提高加工精度,并有效避免直接进行补偿加工过程中可能带来的运动干涉情况,从而验证该五轴机床误差补偿数学模型及其实时补偿的可行性和有效性.     

多公差耦合装配结合面误差建模与公差优化设计

以装配结合平面为研究对象,分析多种公差耦合情况下零件间装配结合面误差建模和公差优化设计问题。采用小位移旋量(Small displacement torsor,SDT)描述公差,针对不同类型公差建立零件平面误差模型,通过蒙特卡洛模拟法获得装配平面误差变动分量的实际变动区间带宽,通过响应面法建立误差变动分量实际变动区间带宽与公差间的显式函数关系;建立包含零件加工误差与装配过程误差的装配结合面综合误差模型。将该方法扩展应用于复杂装配体的装配误差建模中,实现了在设计阶段对装配精度的预测。以加工成本为目标,装配精度可靠度为约束,进行零件公差的优化设计。以一典型产品精度设计为例,验证了用该方法预测装配精度和优化零件公差设计的可行性与实用性。     

基于机床运动模型的走刀步长计算方法

为提高五坐标数控加工刀具轨迹生成的精度和切削效率,通过特定机床结构运动建模,对自由曲面刀具轨迹规划中的走刀步长计算方法进行研究。针对刀具摆动与工作台转动类型的非正交结构五坐标机床,在建立机床运动传递关系的基础上,实现任意刀轴方位的机床各轴运动坐标分解,构建机床运动模型。基于此,分析切削误差产生机理,推导出非正交结构的机床实际运动误差估计公式。利用切削误差对比关系,迭代计算满足精度要求的最大走刀步长。算例表明,在相同的允许误差条件下,本文算法较之传统变步长方法,最大误差降低了37.01%,而平均步长相对于等步长方法,增加了8.91%,说明基于机床运动模型的走刀步长计算方法能够有效控制切削误差,并提高自由曲面五坐标加工的刀具轨迹质量。     

基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法

零部件几何误差耦合而成的机床空间误差是影响其加工精度的主要原因,如何确定各零部件几何误差对加工精度的影响程度从而经济合理地分配机床零部件的几何精度是目前机床设计所面临的一个难题。基于多体系统理论,在敏感度分析的基础上提出一种识别关键性几何误差源参数的新方法。以一台四轴精密卧式加工中心为例,基于多体系统理论构建加工中心的精度模型,并利用矩阵微分法建立四轴数控机床误差敏感度分析的数学模型,通过计算与分析误差敏感度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差。计算和试验分析表明,该方法可以有效地识别出对机床综合空间误差影响较大的主要零部件几何误差因素,从而为合理经济地提高机床的精度提供重要的理论依据。     

面向航空装配六自由度钻铣机的误差分析

介绍了面向航空连接装配的数控钻铣机设计及其误差相关技术研究。采用机器人学对数控钻铣机进行运动分析;通过分析四个移动轴滚珠丝杠误差得出移动轴坐标变换,并结合谐波减速器传动误差进行建模,最终得出六自由度的几何误差综合模型;利用该模型,对钻铣机整体进行精度分析,最终得到相关零件的制造精度及装配精度,对每个关节的公差进行优化分配,使得设计经济合理,减小加工制造成本,并为后期的误差补偿打好基础。     

基于信息融合的五轴机床热误差建模技术

五轴机床能对复杂的自由曲面进行加工。对五轴机床热误差进行控制,是提高其加工精度的关键所在。针对现有热误差建模方法预测精度较低、通用性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于信息融合的五轴机床热误差建模方法。与传统建模方法相比,通过实时调整模型参数,该融合预测方法能够用于不同类型、不同操作条件的机床。将该方法应用于一台双转台五轴机床的实验研究,建立了该机床热误差的融合预测模型。实验结果表明,该方法能够提高热误差模型的预测精度及鲁棒性,从而提高五轴机床加工精度。