基于位姿求解和誤差分析的數控機床運動鏈設計與優(yōu)化方法.pdf

1、數控機床是現代制造業(yè)的關鍵核心裝備，數控機床運動鏈設計是機床方案設計的重要部分。本文針對現有數控機床運動鏈設計存在的不足，提出了一種基于位姿求解和誤差分析的數控機床運動鏈設計與優(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-運動功能方程組，得到所有滿足刀具位姿要求的數控機床運動鏈。根據多體運動學原理構建機床極限誤差模型，通過對比分析不同運動鏈極限誤差的矩陣及旋量參數，提高運動鏈的精度?；跀?/p>

2、控機床的靜力學有限元分析，構建并求解誤差分量方程組得到運動軸部件的誤差靈敏度，根據靈敏度分析結果對運動鏈進行優(yōu)化?；诒疚奶岢龅睦碚摲椒ê图夹g，開發(fā)了數控機床運動鏈設計系統。
　　第一章介紹了數控機床運動鏈設計、數控機床誤差建模、數控機床誤差靈敏度分析等相關技術的國內外研究現狀，闡述了課題研究背景及意義，給出了本文的主要研究內容和組織框架。
　　第二章提出了基于位姿關系求解的數控機床運動鏈設計方法。對于給定的待加工工件，分析

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

4、機床的極限誤差狀態(tài)，根據多體運動學原理構建數控機床運動鏈的極限誤差模型，得到極限誤差矩陣并進行理論比較分析;根據螺旋理論將極限誤差矩陣轉化為旋量形式并比較旋量參數。通過對不同運動鏈的極限誤差進行比較分析，從滿足刀具位姿要求的運動鏈中剔除誤差較大的劣質運動鏈，提高了運動鏈的精度。運用運動鏈極限誤差分析方法總結歸納運動鏈精度設計準則，提高了數控機床運動鏈精度設計的效率。
　　第四章提出了基于誤差靈敏度分析的數控機床運動鏈優(yōu)化方法。首先

5、給出了一種基于數控機床靜力學有限元分析的求解誤差靈敏度的方法，建立數控機床運動鏈的加工誤差模型，通過求解誤差分量方程組得到運動軸部件的誤差靈敏度。然后基于誤差靈敏度分析結果，對數控機床運動鏈進行優(yōu)化，使優(yōu)化后的運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，結合國家科技重大專項課題“高檔數控機床數字化設計方法、工具集與應用（二期）”，開發(fā)了數控機床運動鏈設計系統，應用于五軸數控機床的運動鏈設計和優(yōu)化過程，驗證