运动几何学加速度特征及其应用研究

发布时间：2022-04-27 22:06

　　机床精度作为机床综合性能的集中体现与评价指标,决定了一个国家制造业的整体水平。理想情况下,工作台进行单轴平移运动时只有沿移动方向的一个自由度,但实际中,考虑到部件的几何误差、弹性变形等静态误差,以及驱动系统的插补误差、伺服跟随误差、振动误差等动态误差时,移动副的真实运动具有空间六自由度。目前针对机床精度的检测主要以准静态为主,没有考虑到速度,加速度等动态因素对精度造成的影响,不能完全代表机床在运行过程中的全部误差,因此,找到速度特征或加速度特征与刚体空间运动之间的关系,对机床动态精度的检测十分重要。运动几何学中,活动标架及其微分公式以微分运动的方式考察点与直线的轨迹,可以将运动学与几何学联系起来。因此,如果能通过运动几何学找到加速度特征与刚体空间运动轨迹与姿态的关系就能使通过加速度测量求解机床移动副动态精度成为可能。针对以上问题,本文应用运动几何学理论,推导平面运动与空间运动中刚体上点的加速度与刚体角速度的关系、建立角速度与刚体姿态角的运动学模型,得到了加速度与刚体姿态角之间的非线性微分方程组。然后将其应用在姿态测量与误差检测中,讨论了一种基于全加速度测量的移动副动态误差检测方法。不仅... 

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 论文研究背景与意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 刚体运动几何学理论
        1.3.2 机床空间误差建模研究
        1.3.3 移动副静态误差测试方法
        1.3.4 移动副动态误差测试方法
    1.4 本文的研究内容
2 平面运动几何学加速度特征
    2.1 刚体平面运动描述的一般形式
        2.1.1 位置的描述
        2.1.2 姿态的描述
        2.1.3 位姿的描述
        2.1.4 基于齐次变换的刚体平面运动轨迹
    2.2 刚体平面运动描述的相伴形式
        2.2.1 平面Frenet标架
        2.2.2 平面曲线与曲线相伴
        2.2.3 动瞬心线
        2.2.4 定瞬心线
        2.2.5 拐点圆
    2.3 刚体平面运动角速度
    2.4 刚体平面运动角加速度
    2.5 刚体平面运动加速度瞬心
    2.6 刚体平面运动加速度特征
        2.6.1 速度瞬心与加速度瞬心连线点的加速度特征
        2.6.2 拐点圆上点的加速度特征
    2.7 平面全铰链四杆机构算例
        2.7.1 位移方程的建立与求解
        2.7.2 角速度分析
        2.7.3 角加速度分析
        2.7.4 曲柄摇杆机构加速度瞬心
    2.8 平面曲柄滑块机构算例
        2.8.1 位移方程的建立与求解
        2.8.2 角速度分析
        2.8.3 角加速度分析
        2.8.4 曲柄滑块机构加速度瞬心
    2.9 本章小结
3 空间运动几何学加速度特征
    3.1 刚体空间运动描述的一般形式
        3.1.1 位置的描述
        3.1.2 姿态的描述
        3.1.3 位姿的描述
        3.1.4 RPY角与欧拉角
        3.1.5 基于齐次变换的刚体空间运动轨迹
    3.2 刚体空间运动描述的相伴形式
        3.2.1 空间Frenet标架
        3.2.2 空间曲线与曲线相伴
        3.2.3 直纹面Frenet标架
        3.2.4 空间曲线与直纹面相伴
        3.2.5 瞬时螺旋轴
        3.2.6 定瞬轴面
        3.2.7 动瞬轴面
    3.3 刚体空间运动角速度
    3.4 刚体空间运动角加速度
    3.5 刚体空间运动加速度瞬心
    3.6 空间RCCC机构算例
    3.7 本章小结
4 加速度与角度运动学模型建立
    4.1 角速度求解方法一
    4.2 角速度求解方法二
    4.3 运动学微分方程建立
    4.4 空间RCCC机构验证
        4.4.1 RCCC机构基本运动参数理论值求解
        4.4.2 RCCC机构进行运动学模型正解验证
        4.4.3 RCCC机构进行运动学模型反解验证
    4.5 本章小结
5 机床移动副动态精度测量应用
    5.1 加速度传感器测量机床移动副动态精度
        5.1.1 测量仪器
        5.1.2 三点测量模型
    5.2 激光干涉仪测量机床移动副准静态误差
        5.2.1 测量仪器
        5.2.2 准静态测量模型
    5.3 加速度信号的分析
        5.3.1 加速度信号预处理
        5.3.2 加速度数据二次积分
    5.4 试验结果对比
    5.5 移动副不变量误差比较
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]机床工作台精度测试的球杆仪空间PPSPS机构方法[J]. 李晓鹏,王智,王德伦.  组合机床与自动化加工技术. 2019(02)
[2]基于双目视觉的数控机床动态轮廓误差三维测量方法[J]. 刘巍,李肖,李辉,潘翼,贾振元.  机械工程学报. 2019(10)
[3]移动副离散误差运动的不变量评价方法[J]. 王德伦,吴煜,王智,董惠敏.  机械工程学报. 2018(23)
[4]五轴数控机床空间定位精度改善方法研究现状[J]. 李杰,谢福贵,刘辛军,梅斌,董泽园.  机械工程学报. 2017(07)
[5]数控机床几何误差测量研究现状及趋势[J]. 杜正春,杨建国,冯其波.  航空制造技术. 2017(06)
[6]五轴数控机床动态精度检验试件特性研究[J]. 王伟,陶文坚,李晴朝.  机械工程学报. 2017(01)
[7]数控机床几何精度的位姿测量原理[J]. 李海涛,郭俊杰,邓玉芬,王金栋,何欣荣,王兴.  西安交通大学学报. 2016(11)
[8]基于时变特性的数控机床综合误差建模方法[J]. 李杰,刘辛军,谢福贵,李卫东,朱绍维.  科技导报. 2016(02)
[9]球杆仪安装误差对机床圆测试精度的影响[J]. 卢红星,杨建国,项四通.  上海交通大学学报. 2015(09)
[10]“S”形试件的五轴数控机床综合动态精度检测特性研究[J]. 杜丽,张信,王伟,付振华,石荣波.  电子科技大学学报. 2014(04)

博士论文
[1]回转副离散运动的不变量及其精度研究[D]. 王智.大连理工大学 2018
[2]机构离散运动几何学研究[D]. 汪伟.大连理工大学 2016
[3]面向大型精密工程的六自由度测量技术研究[D]. 高扬.天津大学 2017
[4]数控机床综合几何误差的建模及补偿研究[D]. 李小力.华中科技大学 2006
[5]多轴数控机床精度建模与误差补偿方法研究[D]. 粟时平.中国人民解放军国防科学技术大学 2002

硕士论文
[1]基于球杆仪机构学模型的机床精度检测研究[D]. 李晓鹏.大连理工大学 2018



本文编号：3649241