基于位姿求解和误差分析的数控机床运动链设计与优化方法

发布时间：2018-03-21 03:20

  本文选题：数控机床　切入点：运动链设计　出处：《浙江大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：数控机床是现代制造业的关键核心装备,数控机床运动链设计是机床方案设计的重要部分。本文针对现有数控机床运动链设计存在的不足,提出了一种基于位姿求解和误差分析的数控机床运动链设计与优化方法。对于给定的待加工工件,通过刀具路径与刀轴矢量规划得到刀具位姿矢量集合,求解刀具位姿-运动功能方程组,得到所有满足刀具位姿要求的数控机床运动链。根据多体运动学原理构建机床极限误差模型,通过对比分析不同运动链极限误差的矩阵及旋量参数,提高运动链的精度。基于数控机床的静力学有限元分析,构建并求解误差分量方程组得到运动轴部件的误差灵敏度,根据灵敏度分析结果对运动链进行优化。基于本文提出的理论方法和技术,开发了数控机床运动链设计系统。论文分为六章,主要内容如下:第一章介绍了数控机床运动链设计、数控机床误差建模、数控机床误差灵敏度分析等相关技术的国内外研究现状,阐述了课题研究背景及意义,给出了本文的主要研究内容和组织框架。第二章提出了基于位姿关系求解的数控机床运动链设计方法。对于给定的待加工工件,分析工件加工成形运动中刀具相对工件的位姿关系。通过刀具路径与刀轴矢量规划,得到工件上加工路径点集合及刀具位姿矢量集合,对刀具位姿矢量进行归一化处理得到待设计运动链的运动轴数。构建运动链的运动功能矩阵表征运动链的运动功能,根据运动链的运动功能满足刀具位姿要求,构建刀具位姿-运动功能方程组。通过求解刀具位姿-运动功能方程组,得到了所有满足刀具位姿要求的数控机床运动链。第三章提出了面向数控机床运动链精度设计的极限误差分析方法。定义数控机床的极限误差状态,根据多体运动学原理构建数控机床运动链的极限误差模型,得到极限误差矩阵并进行理论比较分析;根据螺旋理论将极限误差矩阵转化为旋量形式并比较旋量参数。通过对不同运动链的极限误差进行比较分析,从满足刀具位姿要求的运动链中剔除误差较大的劣质运动链,提高了运动链的精度。运用运动链极限误差分析方法总结归纳运动链精度设计准则,提高了数控机床运动链精度设计的效率。第四章提出了基于误差灵敏度分析的数控机床运动链优化方法。首先给出了一种基于数控机床静力学有限元分析的求解误差灵敏度的方法,建立数控机床运动链的加工误差模型,通过求解误差分量方程组得到运动轴部件的误差灵敏度。然后基于误差灵敏度分析结果,对数控机床运动链进行优化,使优化后的运动链拥有较低的误差灵敏度。第五章基于本文提出的理论方法和技术,结合国家科技重大专项课题"高档数控机床数字化设计方法、工具集与应用(二期)",开发了数控机床运动链设计系统,应用于五轴数控机床的运动链设计和优化过程,验证了本文理论方法的可行性。第六章总结本文的主要研究成果和创新点,并对下一步的工作和研究方向进行展望。
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【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG659

【参考文献】

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本文编号：1642031