重型机床装配的多柔体模型及其误差算法

发布时间：2017-10-17 22:18

  本文关键词：重型机床装配的多柔体模型及其误差算法

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【摘要】：龙门移动式车铣加工机床是专门用于加工核电部件水室封头的重型机床。重型机床装配工艺的可靠性是重型机床精度实现的前提。装配工艺好坏的评价指标主要是机床的装配几何误差、定位误差以及切削误差。目前,有关误差控制的方法,多是采用检测、识别、补偿等手段,是装配后误差超差补救的一种方法,未能从装配过程的精确控制实现对装配后几何误差、定位误差的控制。本文在误差建模理论和相关研究成果基础上,以降低装配几何误差、定位误差为目的,采用多体系统理论、因子分析法、分形几何学、模态分析法,进行重型机床几何误差、定位误差建模及装配误差调控方法研究:针对重型机床载荷传递的复杂性,利用拓扑学原理,建立机床拓扑结构,形成关联矩阵及低序体阵列;以机床运动功能作为切入点,建立棱柱销型约束、回转销型约束的约束方程;对部件进行柔体假设,利用多体系统传递矩阵法,建立部件体内、结合面间位姿与载荷的关系矩阵,结合低序体阵列,建立整机的动力学方程。利用ADAMS多体动力学仿真软件,对现场调研装配工艺数据进行装配几何误差的误差源识别;为构建装配变量与准则层变量关系,分别利用多公差要求耦合分析法解算形位误差源,用分形维数法解算接触刚度。分析重型机床装配几何误差的形成过程,依据工艺数据,按照定位、预紧、接触的顺序对机床在ADAMS平台中进行装配,提取装配前后位姿值并解算出垂直镗铣头、刀架、横梁、龙门架部件的重要装配几何误差,通过四项误差的检测实验,验证了算法的可行性。对重型机床的定位运动过程进行分析,识别出关键影响因素。针对重复定位误差所具有的统计学含义,进行了传动刚度、接触刚度、动静摩擦系数以及形位误差的位变性分析。利用进给系统多体模型,解算龙门移动式车铣加工机床X轴、Y轴、Z轴的定位误差,并依据国标公式,解算出各轴线的双向定位精度、双向重复定位精度及反向差值。利用模态分析法,验证了多体系统理论应用于重型机床误差建模的可行性。在机床装配几何误差模型基础上,利用响应分析法,识别出关键装配结合面,并绘制出形位误差源、接触误差源、位姿误差三坐标曲面;利用等高线图法判断可行性装配区域范围,给出重型机床装配几何误差调控方案。在机床定位误差模型基础上,建立重型机床定位误差控制的层次关系图;设计216组因素分析实验,解算传动刚度、接触刚度、动静摩擦系数之差、形位误差与机床定位误差的相关系数,确定调控顺序;利用曲线回归分析法,确定接触刚度与定位误差影响因子数学关系,解算出接触刚度调控范围;按照调控顺序,分别解算出传动刚度调控范围以及动静摩擦系数调控范围。在此基础上,给出一种装配工艺方案,将装配方案应用于企业,并检测加工零件的尺寸精度,精度检测结果符合零件出厂合格标准,证明了调控方法的有效性。
【关键词】：重型机床 装配 多柔体系统 几何误差 定位误差
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG502;TG95
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 研究目的和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 重型机床装配几何误差12-13
• 1.2.2 重型机床定位误差13-15
• 1.2.3 重型机床装配工艺设计方法15
• 1.2.4 多体系统理论15-17
• 1.3 课题来源及论文研究内容17-18
• 第2章 重型机床的多体系统模型18-38
• 2.1 重型机床部件的低序体阵列18-20
• 2.2 机床运动约束方程及位姿载荷关系矩阵20-27
• 2.2.1 机床运动功能分解20-22
• 2.2.2 机床运动约束方程22-23
• 2.2.3 机床体内位姿与载荷关系矩阵23-26
• 2.2.4 机床结合面间位姿与载荷关系矩阵26-27
• 2.3 重型机床多柔体系统模型27-37
• 2.3.1 机床多体系统动力学模型27-29
• 2.3.2 机床部件状态矢量的传递方程29-37
• 2.3.3 整机状态矢量的传递方程37
• 2.4 本章小结37-38
• 第3章 重型机床装配几何误差建模方法38-54
• 3.1 重型机床部件的装配误差源38-45
• 3.1.1 机床部件的装配误差源辨识方法38-40
• 3.1.2 机床部件的形位误差源解算方法40-43
• 3.1.3 机床部件的接触误差源解算方法43-45
• 3.2 机床装配几何误差形成过程45-48
• 3.3 机床装配几何误差解算方法及结果48-52
• 3.4 重型机床装配几何误差检测结果52-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 重型机床定位运动误差解算方法54-72
• 4.1 机床定位误差影响因素54-58
• 4.2 机床重复定位误差影响因素58-64
• 4.2.1 重型机床进给系统传动刚度的位变性分析58-60
• 4.2.2 机床部件间接触刚度位变性分析60
• 4.2.3 机床动静摩擦系数位变性分析60-61
• 4.2.4 重型机床形位误差位变性分析61-64
• 4.3 重型机床定位与重复定位误差解算64-66
• 4.3.1 龙门Y轴线移动的定位精度解算64-65
• 4.3.2 垂直刀架X轴线移动的定位误差解算65
• 4.3.3 垂直刀架Z轴线移动的定位误差解算65-66
• 4.4 重型机床多体动力学模型的模态验证法66-71
• 4.5 本章小结71-72
• 第5章 重型机床装配误差调控方法72-88
• 5.1 机床装配几何误差调控方法72-74
• 5.2 机床定位误差调控方法74-85
• 5.2.1 调控方案的层次结构74-76
• 5.2.2 调控顺序的确定方法76-77
• 5.2.3 调控变量的范围与调控结果77-81
• 5.2.4 装配工艺方案及其装配结果对比81-85
• 5.3 机床加工水室封头误差检验结果85-87
• 5.4 本章小结87-88
• 结论88-90
• 参考文献90-95
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文95-96
• 致谢96

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本文编号：1051350