高精度微小型车铣复合加工机床总体设计

发布时间：2020-10-29 14:55

　　 随着微小型零件在航空航天、核工业、国防、汽车以及医疗器械等行业的广泛应用，其精度及复杂性也越来越高，相应的制造技术的要求也越来越高。微小型车铣复合加工技术由于其高速、精密、微切削力、加工范围广等特点在复杂微小型零件制造领域有明显优势。目前用于微小型零件加工的机床主要有两类，一是常规精密和超精密机床，二是微小型化机床，但常规精密和超精密机床在加工微小型零件时存在柔性差、效率低等问题，而微小型化机床则存在加工能力不足，刚性差的问题。 本文基于微小型车铣复合加工技术和宏微结合误差补偿技术，设计了一台高精度微小型车铣复合机床，用于满足复杂微小型零件的制造需求。主要的研究内容如下： （1）高精度微小型车铣复合加工机床总体设计。使用多体拓扑学精度建模方法对不同布局的车铣复合加工机床进行了精度分析，确定了一种综合精度较高的布局形式，并在此基础上确定了主轴、B轴转台、微动平台、隔振方案和控制与补偿方案。 （2）高精度微小型车铣复合加工机床Y轴优化设计。使用响应面法建立了Y轴设计尺寸与Y轴质量及工件静变形之间的回归模型，利用基于遗传算法的多目标优化方法，以Y轴质量和工件静变形为目标函数，对Y轴设计尺寸进行了优化，在保证静变形的前提下，减轻了Y轴的重量。 （3）宏微结合误差补偿方法研究。测定了压电陶瓷驱动的微动平台的定位精度和响应特性。设计了单轴定位精度补偿实验，先用软件补偿的方式补偿了宏动平台的定位精度，在此基础上使用宏微结合方式进一步补偿宏动平台的定位精度，最终使宏动平台的定位精度达到了亚微米级。 （4）基于微小间隙放电原理的亚微米级对刀方法研究。对基于微小间隙放电原理的亚微米级对刀方法进行了实验验证。首先研究了微小型两刃铣刀的微小间隙击穿过程中电压—电流变化特性，得出了微小间隙的击穿电压，并在此基础上分析了放电对刀方法的稳定性和刀具磨损对放电对刀的影响。实验结果表明该方法对刀具有非接触、结构简单、成本低等优点，适用于微小型刀具的对刀。
【学位单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TG65
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景
    1.2 微小型零件加工机床现状
    1.3 微小型车铣复合加工设备发展现状
    1.4 宏微结合误差补偿技术
    1.5 存在问题
    1.6 论文内容安排
第2章 高精度微小型车铣复合加工机床总体方案研究
    2.1 高精度微小型车铣复合加工机床总体结构布局
        2.1.1 高精度微小型车铣复合加工机床功能分析
        2.1.2 高精度微小型车铣复合加工机床布局方案
    2.2 关键部件选型
        2.2.1 主轴选型
        2.2.2 转台选型
        2.2.3 微动平台选型
    2.3 隔振方案选择
        2.3.1 隔振原理及评价
        2.3.2 隔振方案确定
    2.4 机床控制与补偿方案
        2.4.1 机床控制方案
        2.4.2 宏微结合补偿方案
    2.5 本章小结
第3章 高精度微小型车铣复合加工机床 Y 轴优化设计
    3.1 基于试验设计的响应面模型的建立
        3.1.1 中心复合试验设计
        3.1.2 回归模型建立
    3.2 基于遗传算法多目标优化
        3.2.1 优化数学模型
        3.2.2 多目标遗传算法
    3.3 优化结果
    3.4 本章小结
第4章 宏微结合误差补偿方法研究
    4.1 微动平台性能测试
        4.1.1 微动平台定位误差
        4.1.2 微动平台响应测试
    4.2 宏微结合定位精度补偿
        4.2.1 宏动平台软件误差补偿
        4.2.2 宏微结合定位误差补偿
    4.3 响应时间对直线度补偿的影响
    4.4 本章小结
第5章 亚微米级对刀方法研究
    5.1 微小间隙放电对刀
        5.1.1 微小间隙放电对刀方案
        5.1.2 击穿电压预测
    5.2 对刀实验
        5.2.1 实验方案设计
        5.2.2 对刀电压确定
        5.2.3 放电稳定性研究
        5.2.4 刀具磨损影响研究
        5.2.5 对刀精度分析
    5.3 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 主要创新点
    6.3 有待进一步研究的问题
参考文献
附录
攻读学位期间发表论文与研究成果清单
致谢

【参考文献】

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本文编号：2861057