基于位姿求解和誤差分析的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法.pdf

1、數(shù)控機(jī)床是現(xiàn)代制造業(yè)的關(guān)鍵核心裝備，數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)是機(jī)床方案設(shè)計(jì)的重要部分。本文針對現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)存在的不足，提出了一種基于位姿求解和誤差分析的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法。對于給定的待加工工件，通過刀具路徑與刀軸矢量規(guī)劃得到刀具位姿矢量集合，求解刀具位姿-運(yùn)動功能方程組，得到所有滿足刀具位姿要求的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈。根據(jù)多體運(yùn)動學(xué)原理構(gòu)建機(jī)床極限誤差模型，通過對比分析不同運(yùn)動鏈極限誤差的矩陣及旋量參數(shù)，提高運(yùn)動鏈的精度?；跀?shù)

2、控機(jī)床的靜力學(xué)有限元分析，構(gòu)建并求解誤差分量方程組得到運(yùn)動軸部件的誤差靈敏度，根據(jù)靈敏度分析結(jié)果對運(yùn)動鏈進(jìn)行優(yōu)化?；诒疚奶岢龅睦碚摲椒ê图夹g(shù)，開發(fā)了數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)系統(tǒng)。
　　第一章介紹了數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)、數(shù)控機(jī)床誤差建模、數(shù)控機(jī)床誤差靈敏度分析等相關(guān)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述了課題研究背景及意義，給出了本文的主要研究內(nèi)容和組織框架。
　　第二章提出了基于位姿關(guān)系求解的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)方法。對于給定的待加工工件，分析

3、工件加工成形運(yùn)動中刀具相對工件的位姿關(guān)系。通過刀具路徑與刀軸矢量規(guī)劃，得到工件上加工路徑點(diǎn)集合及刀具位姿矢量集合，對刀具位姿矢量進(jìn)行歸一化處理得到待設(shè)計(jì)運(yùn)動鏈的運(yùn)動軸數(shù)。構(gòu)建運(yùn)動鏈的運(yùn)動功能矩陣表征運(yùn)動鏈的運(yùn)動功能，根據(jù)運(yùn)動鏈的運(yùn)動功能滿足刀具位姿要求，構(gòu)建刀具位姿-運(yùn)動功能方程組。通過求解刀具位姿-運(yùn)動功能方程組，得到了所有滿足刀具位姿要求的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈。
　　第三章提出了面向數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈精度設(shè)計(jì)的極限誤差分析方法。定義數(shù)控

4、機(jī)床的極限誤差狀態(tài)，根據(jù)多體運(yùn)動學(xué)原理構(gòu)建數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈的極限誤差模型，得到極限誤差矩陣并進(jìn)行理論比較分析;根據(jù)螺旋理論將極限誤差矩陣轉(zhuǎn)化為旋量形式并比較旋量參數(shù)。通過對不同運(yùn)動鏈的極限誤差進(jìn)行比較分析，從滿足刀具位姿要求的運(yùn)動鏈中剔除誤差較大的劣質(zhì)運(yùn)動鏈，提高了運(yùn)動鏈的精度。運(yùn)用運(yùn)動鏈極限誤差分析方法總結(jié)歸納運(yùn)動鏈精度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提高了數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈精度設(shè)計(jì)的效率。
　　第四章提出了基于誤差靈敏度分析的數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈優(yōu)化方法。首先

5、給出了一種基于數(shù)控機(jī)床靜力學(xué)有限元分析的求解誤差靈敏度的方法，建立數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈的加工誤差模型，通過求解誤差分量方程組得到運(yùn)動軸部件的誤差靈敏度。然后基于誤差靈敏度分析結(jié)果，對數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈進(jìn)行優(yōu)化，使優(yōu)化后的運(yùn)動鏈擁有較低的誤差靈敏度。
　　第五章基于本文提出的理論方法和技術(shù)，結(jié)合國家科技重大專項(xiàng)課題“高檔數(shù)控機(jī)床數(shù)字化設(shè)計(jì)方法、工具集與應(yīng)用（二期）”，開發(fā)了數(shù)控機(jī)床運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)系統(tǒng)，應(yīng)用于五軸數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動鏈設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程，驗(yàn)證